真空通道電晶體

真空通道電晶體（英語：Vacuum-channel transistor）是一種使用真空管原理的電晶體^[1]。在傳統的固態電晶體中，半導體溝道存在於源極和漏極之間，並且電流流過半導體。然而，在真空溝道電晶體中，在源極和漏極之間不存在任何材料，因此，電流流過真空。

概要

在集成電路中使用的常規場效應電晶體中，由於隨著小型化的進行柵絕緣膜的變薄，漏電流相對增加。 此外，由於矽的電子遷移率的限制，加速也受到限制。 當在外太空中使用時，還存在抗輻射的問題。 為了解決這些問題已經進行了各種研究和開發，其中之一是真空溝道電晶體，它利用了真空管的原理^[1]。

歴史

使真空管小型化的概念並不是什麼新鮮事物，並且是在1960年代半導體製造技術發展時提出的，但是那時製造技術仍然不足，無法實現。 在1980年代，曾報道過一個實際工作的真空通道電晶體的案例，但是由於當時的微製造技術無法縮小源極和漏極之間的距離，因此柵極的閾值電壓很高，因此無法投入實際使用^[2][3] 。 此後，微細加工技術的進步使得減小源極和漏極之間的距離成為可能，並且在2012年，閾值電壓降至0.5V，與半導體處於同一水平^[4] 。

結構

在傳統的場效應電晶體中，在源極和漏極之間存在半導體，電流流過它，但是在真空溝道電晶體中，在源極和漏極之間形成150納米的真空間隙，因此柵極之間沒有物理接觸電子流。在常規的真空管中，加熱陰極以發射熱電子，但是由於小型化，僅通過將其置於靜電場中就可以發射電子，並且不需要加熱^[5]。另外，已經提出了幾種類型的真空溝道電晶體。

特點

由於它具有比矽電晶體更高的電子遷移率 ，因此可以高速開關，並有望作為太赫茲頻帶中的高頻器件^[5]。它可以在高溫下操作並且耐輻射，但是其源電極會隨著操作而變質，從而導致可靠性差。

缺點

真空通道電晶體的性能取決於來自源電極的電子的場發射。 然而，由於高電場，源電極隨著時間而退化，從而減小了發射電流。由於電子源電極的退化，真空通道電晶體的可靠性較差^[6]。

參見

• 雙極電晶體
• 場效應電晶體
• 真空管