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真空通道晶體管

一月 11, 2024

真空通道晶體管（英語：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 编辑

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（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]。

歴史 编辑

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 编辑

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 编辑

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 编辑

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 编辑

参考资料 编辑

  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. （原始内容于2017-12-11） （英语）. 

参考文献 编辑

  • 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 编辑

  • Return of the Vacuum Tube | Science | AAAS （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  • Solution for next generation nanochips comes out of thin air （页面存档备份，存于互联网档案馆）

外部連結 编辑

  • 真空晶体管简介：一种无用器件-IEEE频谱 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  • NASA将硅与真空管技术融合以填补太赫兹缺口| Ars Technica （页面存档备份，存于互联网档案馆）

一月 11, 2024
真空通道晶體管, 英語, 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, 目录, 概要, 歴史, 结构, 特点, 缺点, 参见, 参考资料, 参考文献, 延伸閱讀, 外部連結概要, 编辑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, 英语, leakage, elect. 真空通道晶體管 英語 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 目录 1 概要 2 歴史 3 结构 4 特点 5 缺点 6 参见 7 参考资料 8 参考文献 9 延伸閱讀 10 外部連結概要 编辑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 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 歴史 编辑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 编辑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 编辑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 编辑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 编辑双极晶体管 场效应晶体管 真空管参考资料 编辑 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 编辑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 美國專利第5 012 153号 美國專利第4 827 177号延伸閱讀 编辑Return of the Vacuum Tube Science AAAS 页面存档备份 存于互联网档案馆 Solution for next generation nanochips comes out of thin air 页面存档备份 存于互联网档案馆 外部連結 编辑真空晶体管简介 一种无用器件 IEEE频谱 页面存档备份 存于互联网档案馆 NASA将硅与真空管技术融合以填补太赫兹缺口 Ars Technica 页面存档备份 存于互联网档案馆 真空管 新技术如何拯救摩尔定律 硬件 取自 https zh wikipedia org w index php title 真空通道晶體管 amp oldid 69753987, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，

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