真空通道晶体管

✍ dations ◷ 2025-08-02 14:18:48 #真空管,晶体管类型,电子元件

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。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。

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(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。

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 。 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 。

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 。 另外,已经提出了几种类型的真空沟道晶体管。

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。 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。

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。

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