Войти
A наноразмерный транзистор с вакуумным каналом (NVCT ) - это транзистор, в котором транспортной средой электронов является вакуум. В традиционном твердотельном транзисторе между истоком и стоком существует канал полупроводника, и ток протекает через полупроводник. Однако в наноразмерном транзисторе с вакуумным каналом нет материала между истоком и стоком, и поэтому ток течет через вакуум.
Теоретически ожидается, что транзистор с вакуумным каналом будет работать быстрее, чем традиционный твердотельный транзистор и имеют более высокую выходную мощность. Кроме того, ожидается, что транзисторы с вакуумным каналом будут работать при более высоких температурах и уровне излучения, чем традиционные транзисторы, что делает их пригодными для использования в космосе.
Разработка транзисторов с вакуумным каналом все еще находится на очень ранней стадии исследований, и в недавней литературе имеется лишь ограниченное количество исследований, таких как вертикальный полевой эмиттерный транзистор с вакуумным каналом, планарные электроды с изолированным затвором и вакуумным каналом. транзистор, вертикальный транзистор с вакуумным каналом и транзистор с вакуумным каналом с полным затвором.
Концепция использования обычного полевого электронного пучка в диоде была впервые упомянута в статье 1961 года Кеннета Шоулдерса. Однако из-за технологической сложности изготовления полевого источника электронов такой диод не был реализован.
По мере развития области микротехнологии стало возможным изготавливать источники электронов с полевой эмиссией, тем самым открывая путь для транзисторов с вакуумным каналом. О первой успешной реализации сообщил Gary et. al. в 1986 году. Однако первые транзисторы с вакуумным каналом страдали от высокого порогового напряжения на затворе и не могли конкурировать с твердотельными транзисторами.
Последние достижения в области микротехнологии позволили уменьшить длину вакуумного канала между истоком и стоком, тем самым значительно снизив пороговое напряжение затвора ниже 0,5 В, что сравнимо с пороговым напряжением затвора твердого тока. -состояние транзисторы.
Поскольку сокращение твердотельных транзисторов приближается к своему теоретическому пределу, транзисторы с вакуумным каналом могут предложить альтернативу.
Наноразмерный транзистор с вакуумным каналом - это, по сути, миниатюрная версия вакуумной лампы. Он состоит из источника электронов с полевым эмиттером, коллекторного электрода и электрода затвора. Источник электронов и коллекторные электроды разделены небольшим расстоянием, обычно порядка нескольких нанометров. Когда на источник и коллекторный электрод подается напряжение, из-за автоэлектронной эмиссии электроны вылетают из истока, проходят через зазор и собираются коллекторным электродом. Электрод затвора используется для управления током, протекающим через вакуумный канал.
Несмотря на название, вакуумные транзисторы не нуждаются в вакуумировании. Зазор, который проходят электроны, настолько мал, что столкновения с молекулами газа при атмосферном давлении достаточно редки, чтобы не иметь значения.
Наноразмерные транзисторы с вакуумным каналом обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными твердотельными транзисторами, такими как высокая скорость, высокая выходная мощность, работа при высоких температурах и устойчивость к сильным излучениям. Преимущества транзистора с вакуумным каналом по сравнению с твердотельным транзистором подробно обсуждаются ниже:
В твердотельном транзисторе электроны сталкиваются с решеткой полупроводника и страдают. от рассеяния, которое замедляет скорость электронов. Фактически, в кремнии скорость электронов ограничена 1,4 · 10 см / с. Однако в вакууме электроны не страдают от рассеяния и могут достигать скорости до 3 × 10 см / с. Следовательно, транзистор с вакуумным каналом может работать с большей скоростью, чем кремниевый твердотельный транзистор.
Ширина запрещенной зоны кремния составляет 1,11 эВ, а тепловая энергия электронов должно оставаться ниже этого значения, чтобы кремний сохранил свои полупроводниковые свойства. Это накладывает ограничение на рабочую температуру кремниевых транзисторов. Однако в вакууме такого ограничения нет. Следовательно, транзистор с вакуумным каналом может работать при гораздо более высокой температуре, которая ограничивается только температурой плавления материалов, используемых для его изготовления. Вакуумный транзистор может использоваться в приложениях, где требуется устойчивость к высоким температурам.
Излучение может ионизировать атомы в твердотельном транзисторе. Эти ионизированные атомы и соответствующие электроны могут мешать переносу электронов между источником и коллектором. Однако в транзисторах с вакуумным каналом ионизации не происходит. Следовательно, транзистор с вакуумным каналом может использоваться в среде с высоким уровнем излучения, например в космическом пространстве или внутри ядерного реактора.
Характеристики транзистора с вакуумным каналом зависят от полевой эмиссии электронов из электрода истока. Однако из-за высокого электрического поля электроды истока со временем деградируют, тем самым уменьшая ток эмиссии. Из-за деградации электрода источника электронов транзисторы с вакуумным каналом страдают низкой надежностью.
