平面型纳米真空三极管的计算机模拟

平面纳米真空三极管只需要平面工艺,与现有的微电子工艺兼容,与基于经典Spindt阴极的真空微电子三极管相比,具有工艺相对简单等特点,同样具备纳米真空电子器件抗辐射、温度稳定性好等优点。本文采用粒子模拟方法对平面型纳米真空三极管的场发射特性进行了计算机模拟研究,模拟中考虑了空间电荷的影响。典型器件的模拟结果表明,平面型纳米真空三极管具有信号响应速度快,工作电压较低等优点。研究了该三极管结构中的尖端曲率半径、尖端相对高度、栅极电压和阳极电压对场发射特性的影响,有助于设计和优化该类器件结构。这种平面型纳米真空三极管可望成为真空集成电路的基础器件,并在卫星等航空航天领域等需要抗辐射领域获得应用。

用具有真空三极管特性的半导体器件制作的35W单声道功率放大器

TKS45F323是日本NEC Talkin生产的具有真空三极管特性的半导体SIT,本文介绍的是一款注重音质的、采用类似真空管放大电路的音频功率放大器。在电路设计时,为了避免放大级供电电路引起的相位失真,在电压放大级采用了由FET和稳压二极管组成的简单的恒压、恒流电源。并通过对频率特性和群延时特性的仿真,确定输出级的栅极电阻和输入电阻,获得平坦的特性和良好的音质。

光检波微纳真空三极管技术

光检波微纳真空三极管是通过调制光信息来控制器件的工作状态,包括发射电子密度以及三极管的开关状态,来进行信息处理与传递。通过分析MOS器件中二维电子气作用下电子发射特性,研究了GOS器件中光激发电子发射机理与发射模型,进而设计出周期性薄膜结构的真空沟道三极管。计算了垂直型与V型真空沟道中电场的分布,结果显示V型真空沟道的三极管可具有更高的电子发射能力和更快的响应速度。通过对比制备工艺,发现金属有机气相外延或分子束外延生长的周期性Ⅲ-V族半导体薄膜材料具有更高的生长质量且工艺简单,是制作光检波真空沟道三极管的理想材料。并仿真了不同阳极电压下V型真空沟道三极管的电子发射性能。

纳米真空沟道三极管

本文描述了一种新型纳米真空沟道三极管,在纳米尺度下使电子在真空中实现弹道传输,大大优于半导体载流子在介质中的传输,从而使器件的信息处理速度得到极大地提高。纳米真空沟道三极管有三种途径获得,一是采用场致发射电子源,构建纳米真空沟道三极管;二是采用肖特基二极管中的二维电子气作为电子源,构成纳米真空沟道三极管;三是采用激光照射产生的光电子作为电子源,构成纳米真空沟道三极管。无论采用哪一种电子源都是可以用来制造新型纳米真空沟道三极管的电子源,都值得我们进一步研究。

真空纳米三极管进展及技术分析

本文比较了传统真空电子器件和固态电子器件的特点,指出结合二者优势的真空纳米三极管出现并非偶然。基于固态微加工工艺的真空纳米三极管,其本质则是极端微型化的真空器件。文中详细介绍了真空纳米三极管的发展历程,并对器件相关技术问题包括器件工作原理,电子发射机理,器件材料、设计、工艺实现,工作环境影响和器件失效机理进行分析。分析结果表明,集成电路工艺兼容的新型真空纳米三极管具有高速、抗辐射特点,并能在低真空甚至大气环境正常工作,成为新一代集成电路技术中CMOS器件的潜在有力竞争者。

平面底栅型真空场发射三极管

真空场发射三极管(VFET)是一种真空微电子器件,采用纳米缝隙真空沟道实现电子的传输,兼具真空管和半导体晶体管的优点。本文介绍了国内外VFET的研究进展,提出了一种平面底栅型VFET结构,对其电子发射特性和栅极调制特性进行研究。结果表明,三极管真空沟道中的电子发射为场致电子发射,栅极具有调制作用。所制备的VFET可在0.1Pa条件下工作,如进一步减小真空沟道尺寸,有望实现大气环境下工作,展现出潜在的发展前景。

楔形发射体真空微三极管性能的有限元分析

楔形发射体的有效发射面积较大，能够承受较大的发射电流，并产生较高的跨导，因而更适用于大功率微波放大器。用有限元法对器件的性能进行了分析，计算出了器件内部电场和电势分布，用Fowler-Nordheim公式计算出了场致发射电流，得到了楔形发射体真空微三极管的电流发射特性，所得结果对器件的设计和制造有重要的参考价值。

介质层对真空微电子三极管特性的影响研究

用粒子模拟程序MAGIC模拟了真空微电子三极管的电子学特性,其发射电流由Folwer Nordheim公式得出.研究了栅极与阴极间介质层对电子发射特性的影响,发现介质层的位置对发射特性有较大的影响.对一个典型结构真空微电子三极管的模拟结果表明,当介质孔半径从0.4μm增加到2.0μm时,发射电流将从0.198μA减小到0.115μA,前人的研究工作中常常忽略了介质层对电子发射特性的影响.同时还得到了电流 电压特性和电子轨迹图等模拟结果.

真空微电子三极管几何参数的设计考虑

真空微电子三极管是近年来兴起与发展的真空微电子学中的一类重要器件。本文从真空微三极管的工作特性出发,分析了这类器件中所需考虑的几何参数和工作特性的关系,并给出了一些理论和实验公式,为今后的设计提供一些参考。

法庭上扬名的发明——真空三极管

1906年春天,美国纽约地方法院正在开庭审判一起奇特的案件。 原告是纽约一家公司的经理,他指控被告行为不轨,强行闯入公司,公开行骗。起诉后,法官拿出一个物证,用手举起示众;“就是用这个莫名其妙的玩艺儿到处行骗。” 人们只见被告是一个30出头的青年,名叫弗雷斯特。他衣着破旧,面容憔悴。他指着这个里面有金属网的玻璃泡辩解说,这是他最新的发明,它可以把大西洋彼岸传来的微弱无线电信号加以放大…… 电子管发明家弗雷斯特的故事就这样传开来了。

Spindt 型真空微三极管系统的静电场电容数值分析

以静电学理论为基础，采用边界元方法对Ｓｐｉｎｄｔ型真空微三极管系统的极间电容进行了数值模拟．通过计算多导体系统电荷密度求解极间电容的方法，解决了以往电容数值计算中未解决的第三电极影响和栅极厚度的问题．并通过计算结果从真空微电子器件的应用和优化方面对极间电容与器件几何参数的关系进行了系统的研究，分析结果对真空微电子微波器件的设计有指导作用，所建立的微三极管边界元法计算模型对其它结构的真空微电子器件的电容分析也有参考价值．

圆锥形阴极真空微三极管的计算机模拟

利用有限元法对圆锥形场致发射阴极的真空微三极管进行了计算机模拟。改变真空微三极管的各项结构参数及阳极和栅极电压 ,得到一系列模拟数据。然后对模拟结果进行分析讨论 ,总结出圆锥形阴极有效发射、阳极电流与真空微三极管的结构尺寸、阳极电压和栅极电压之间的关系 。

纳米沟道真空场发射三极管的制备及其特性研究

基于表面传导电子发射源制备技术制备了一种平面底栅型真空场发射三极管(VFET),器件在真空中实现了良好的栅控特性和场发射特性,并初步获得了在大气环境中的电学性能。采用不同厚度的氧化钯(PdO)作为导电薄膜,通过电形成工艺使导电薄膜龟裂制备真空沟道,研究分析了导电薄膜厚度对真空沟道形成、真空及大气环境下器件电子发射性能的影响。结果表明,PdO薄膜过薄会因其电阻较大而无法聚集足够的焦耳热使薄膜龟裂形成真空沟道,过厚则不能使薄膜完全断裂形成真空沟道;在保证可形成真空沟道的情况下,选择更薄的PdO薄膜有利于降低电形成电压并获得更窄的真空沟道;当PdO厚度为60 nm时,可通过更低的电形成电压获得更窄的真空沟道,使器件拥有更好的电学性能。

真空微电子三极管静电场电容的计算机数值模拟

以静电学基本原理、场致发射原理为基础 ,用有限元法在求得圆锥形、楔形阴极真空微电子三极管内静电场各点场强的前提下 ,考虑以往计算中忽略的各电极之间、栅极厚度对器件电容的影响进行极间电容的计算。通过计算多导体系统电荷密度较为精确地求得了圆锥形、楔形阴极真空微电子三极管的极间电容 ,讨论了器件各几何参数与电容的关系 ,对器件的优化设计与高频应用具有指导作用。

真空电子器件的新机理研究

本文对近年来真空电子器件研究中出现的一些新概念、新设想进行了介绍和评述。随着毫米波和太赫兹频域的进一步开拓,对工作在这些频域真空电子器件的频率、功率、带宽、效率和微制造提出了更高的要求。带状电子注和多电子注是提高器件功率的重要途径;光子带隙技术和真空电子器件的结合为新型器件的发展提供了新的方法;陶瓷行波管的研制给我们带来全新的概念;特别是纳米真空三极管和光三极管概念的提出,为真空电子器件回归数字电路技术展示出令人鼓舞的前景。

真空电子器件的新机理研究

本文对近年来真空电子器件研究中出现的一些新概念、新设想进行了介绍和评述。随着毫米波(mmW)和太赫兹(THz)频域的进一步开拓,对工作在这些频域真空电子器件的频率、功率、带宽、效率和微制造提出了更高的要求。带状电子注和多电子注是提高器件功率的重要途径;光子带隙技术和真空电子器件的结合为新型器件的发展提供了新的方法;陶瓷行波管的研制给我们带来全新的概念,特别是纳米真空三极管和光三极管概念的提出,为真空电子器件回归数字电路技术展示出令人鼓舞的前景。

超小型器件和微波功率模块的发展——真空电子和微波光子技术的融合

信息系统的发展要求真空电子器件(包括行波管)的发展遵循微型化/集成化/组件化发展趋势。本文重点讨论了真空电子器件(包括行波管)的三步走发展战略,即现有器件的微型化/集成化/组件化、纳米真空三极管放大器和集成化、真空电子器件和微波光子学融合发展的新型器件与应用。

低维碳材料的热电子发射及其在真空电子学的应用

真空电子器件的微型化是真空电子学的一个重要发展趋势。随着微纳加工技术的发展和新材料的发现与应用,纳米尺度真空沟道三极管取得了一定的进展。当前实现真空三极管微型化的主要手段还是基于场发射的阴极,而场发射对发射部位原子结构的强依赖决定了在集成时不可避免遇到均一性和稳定性差的问题。我们发现了碳纳米管和石墨烯具有不同于传统热电子发射的热发射新机制,基于半导体微加工技术,利用石墨烯和碳纳米管作为电子发射材料,实现了热阴极的微型化、片上化和阵列化,并进一步利用石墨烯微型热阴极实现了一种新结构的石墨烯真空三极管。石墨烯微型热阴极具有工作电压低(2~4V)、响应时间短(<1μs)、发射电流可大幅度调制、可控性好等特点。石墨烯真空三极管的开关比高达106,亚阈值斜率仅为120mV/dec,工作电压不足10V,与石墨烯固态三极管相当。我们还演示了石墨烯真空三极管的片上集成,将两个单极性石墨烯真空三极管集成在一起实现了双极性的真空电子器件。由于石墨烯真空三极管具有开关性能好、工作电压低、可集成等特点,未来有望基于石墨烯真空三极管实现更复杂的器件和真空集成电路。

圆柱面和球面真空微电子二极管内电子渡越时间的计算

从拉普拉斯(Laplace)方程和电子渡越时间的定义出发,推导出了圆柱面和球面真空微电子二极管内的电子渡越时间关系式。引入了等效真空微电子二极管的概念,进一步估算了真空微电子三极管内的典型电子渡越时间。