真空通道晶体管

電子傳輸介質爲真空的晶體管

真空通道晶体管(英语:Vacuum-channel transistor)是一种使用真空管原理的晶体管[1]。在传统的固态晶体管中,半导体沟道存在于源极和漏极之间,并且电流流过半导体。然而,在真空沟道晶体管中,在源极和漏极之间不存在任何材料,因此,电流流过真空

概要

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集成电路中使用的常规场效应晶体管中,由于随着小型化的进行栅绝缘膜的变薄,漏电流英语Leakage (electronics)相对增加。 此外,由于硅的电子迁移率的限制,加速也受到限制。 当在外太空中使用时,还存在抗辐射的问题。 为了解决这些问题已经进行了各种研究和开发,其中之一是真空沟道晶体管,它利用了真空管的原理[1]

历史

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使真空管小型化的概念并不是什么新鲜事物,并且是在1960年代半导体制造技术发展时提出的,但是那时制造技术仍然不足,无法实现。 在1980年代,曾报道过一个实际工作的真空通道晶体管的案例,但是由于当时的微制造技术无法缩小源极和漏极之间的距离,因此栅极的阈值电压很高,因此无法投入实际使用[2][3] 。 此后,微细加工技术的进步使得减小源极和漏极之间的距离成为可能,并且在2012年,阈值电压降至0.5V,与半导体处于同一水平[4]

结构

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在传统的场效应晶体管中,在源极和漏极之间存在半导体,电流流过它,但是在真空沟道晶体管中,在源极和漏极之间形成150纳米的真空间隙,因此栅极之间没有物理接触电子流。在常规的真空管中,加热阴极以发射热电子,但是由于小型化,仅通过将其置于静电场中就可以发射电子,并且不需要加热[5]。另外,已经提出了几种类型的真空沟道晶体管。

特点

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由于它具有比硅晶体管更高的电子迁移率 ,因此可以高速开关,并有望作为太赫兹频带中的高频器件[5]。它可以在高温下操作并且耐辐射,但是其源电极会随着操作而变质,从而导致可靠性差。

缺点

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真空通道晶体管的性能取决于来自源电极的电子的场发射。 然而,由于高电场,源电极随着时间而退化,从而减小了发射电流。由于电子源电极的退化,真空通道晶体管的可靠性较差[6]

参见

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参考资料

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  1. ^ 1.0 1.1 Introducing the Vacuum Transistor: A Device Made of Nothing. IEEE Spectrum. 2014-06-23 [2021-12-09]. (原始内容存档于2021-12-09) (英语). 
  2. ^ Greene, R.; Gray, H.; Campisi, G. Vacuum integrated circuits. 1985 International Electron Devices Meeting. 1985-12: 172–175 [2021-12-09]. doi:10.1109/IEDM.1985.190922. (原始内容存档于2021-12-09). 
  3. ^ Gray, H.F.; Campisi, G.J.; Greene, R.F. A vacuum field effect transistor using silicon field emitter arrays. 1986 International Electron Devices Meeting. 1986-12: 776–779 [2021-12-09]. doi:10.1109/IEDM.1986.191310. (原始内容存档于2021-12-09). 
  4. ^ Srisonphan, Siwapon; Jung, Yun Suk; Kim, Hong Koo. Metal–oxide–semiconductor field-effect transistor with a vacuum channel. Nature Nanotechnology. 2012-08, 7 (8): 504–508 [2021-12-09]. ISSN 1748-3387. doi:10.1038/nnano.2012.107. (原始内容存档于2021-12-09) (英语). 
  5. ^ 5.0 5.1 半導体に取って代わられた真空管に復権の兆し、超高速のモバイル通信&CPU実現の切り札となり得るわけとは?. GIGAZINE. 2014-06-26 [2021-12-09]. (原始内容存档于2020-10-09) (日语). 
  6. ^ Han, Jin-Woo; Sub Oh, Jae; Meyyappan, M. Vacuum nanoelectronics: Back to the future?—Gate insulated nanoscale vacuum channel transistor. Applied Physics Letters. 2012-05-21, 100 (21): 213505 [2021-12-09]. Bibcode:2012ApPhL.100u3505H. ISSN 0003-6951. doi:10.1063/1.4717751. (原始内容存档于2017-12-11) (英语). 

参考文献

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延伸阅读

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外部链接

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