真空通道晶體管

真空通道晶體管（英語：）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，漏電流相对增加。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]。

歴史

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

. 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. . 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. . 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）.
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参考文献

Stoner, Brian R.; Glass, Jeffrey T. . 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. . 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）.
美國專利第5,012,153号
美國專利第4,827,177号

延伸閱讀

Return of the Vacuum Tube | Science | AAAS （页面存档备份，存于）
Solution for next generation nanochips comes out of thin air （页面存档备份，存于）

外部連結

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[IEEE_article-1] . 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. . 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. . 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. . 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）.

[gigazine-5] . 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. . 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）.