納米縫隙場發射真空電晶體結構與特性研究

《納米縫隙場發射真空電晶體結構與特性研究》是依託西安交通大學，由吳勝利擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：納米縫隙場發射真空電晶體結構與特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：吳勝利
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

場發射真空電晶體作為一種真空微電子器件，基於真空溝道實現電子的準彈道傳輸，有望提高器件的高頻工作特性，同時採用半導體平面工藝製備可使器件保持固態器件小型化的優勢，其研究已引起國內外研究人員的廣泛關注。本項目將表面傳導電子發射源的納米縫隙電子發射與真空電晶體相融合，圍繞作為場發射真空電晶體關鍵問題的柵極調製和大氣環境下的穩定工作開展研究。項目將理論分析與數值模擬相結合，研究分析納米縫隙場發射真空電晶體中柵極對場發射電子的調製機理；提出以表面傳導電子發射源中的納米縫隙可控制備技術製作橫向真空溝道和控制多層薄膜中間介質層厚度結合刻蝕工藝製作縱向真空溝道兩種技術方案，可分別用於平面柵型和垂直結構場發射真空電晶體的簡單製備。項目研究有望闡明場發射真空電晶體的工作機理，為製備此類器件提供一種簡單的技術思路，為真空電晶體的發展及實用化提供理論指導和技術支持。項目研究具有重要的科學意義與現實意義。

結題摘要

場發射真空電晶體（三極體）基於半導體加工工藝，製備真空溝道來傳輸電子，融合了真空電子器件和半導體技術的優勢，是真空微電子器件的重要研究方向。本項目引入表面傳導電子發射源中的納米縫隙作為場發射真空電晶體的真空溝道，採用理論分析和數值模擬相結合，研究場發射真空電晶體中柵極對場發射電子的調控機制並進行器件結構的最佳化，通過實驗製備性能良好的柵絕緣層及小尺度真空溝道以實現器件在大氣環境下工作。項目研究了平面柵型場發射真空三極體和多層薄膜垂直溝道結構真空電晶體兩種器件結構。在平面柵型場發射真空三極體研究方面，選擇帶有氧化矽的矽片作為襯底，結合半導體工藝製備電極、絕緣層和導電薄膜並獲得期望的器件結構，採用項目組在表面傳導電子發射源中所積累的納米縫隙可控制備技術，在導電薄膜上施加特定波形的電壓實現焦耳熱的聚集，使導電薄膜產生龜裂形成納米縫隙作為電子傳輸的真空溝道；實驗所獲得的真空溝道尺寸為80-120 nm，與電子在大氣中的平均自由程尺度上相近，實現了器件在大氣環境下的工作；結合柵絕緣層參數的最佳化及電子運動過程的分析，闡明了柵極對場發射電子的調控機制。在多層薄膜垂直溝道結構真空電晶體方面，數值模擬獲得了最佳化的器件結構參數，為進一步實驗製備器件提供了參考。相關研究結果對理解場發射真空電晶體的工作機理，以及開展此類器件的設計和最佳化具有重要的指導意義，並為場發射真空電晶體的製備提供了一種簡單可行的技術思路。