真空通道晶体管
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
在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
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
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
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
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
参考资料
- ^ 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）.
- ^ 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）.
- ^ 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）.
- ^ 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）.
- ^ 5.0 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）.
- ^ 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
- Stoner, Brian R.; Glass, Jeffrey T. Nothing is like a vacuum. Nature Nanotechnology. 2012-08, 7 (8): 485–487 [2021-12-09]. ISSN 1748-3395. doi:10.1038/nnano.2012.130. （原始内容存档于2021-12-09） （英语）.
- Park, In Jun; Jeon, Seok-Gy; Shin, Changhwan. A New Slit-Type Vacuum-Channel Transistor. IEEE Transactions on Electron Devices. 2014-12, 61 (12): 4186–4191 [2021-12-09]. ISSN 0018-9383. doi:10.1109/TED.2014.2361912. （原始内容存档于2021-12-09）.
- 美国专利第5,012,153号
- 美国专利第4,827,177号