Page 11 - 《真空与低温》2025年第3期

282 真空与低温 第 31 卷 第 3 期

结构中刻蚀出空气沟道，制备了垂直结构的纳米空 在 2 V 偏压下展现出 160 μA 的场发射电流。经过
气沟道二极管和三极管。所制备的三极管具有 0.5 V 500 次电流采样分析，观察到空气分子的吸附和解
的低开启电压和高达 500 的电流开关比。为了实 吸仅引起轻微的电流波动，表明空气分子对器件性能
现纳米级空气沟道的批量化制备，Liu 等 [23] 报道了 的影响较小。器件的 SEM 图与电学性能如图 5（f）
一种通过采用光刻和 BOE 湿法腐蚀工艺制备的 与（g）所示。该二极管能够处理 1 MHz 的输入信号，
Au/SiO 2 /Si 垂直结构纳米空气沟道二极管。该器件 其上升/下降时间为 25 ns，如图 5（h）所示。

10 −5

光刻胶 10 −3
10 −6 10 −5 V c =1 V
阳极电流/μA 10 −7 V A =10 V 漏极电压/μA 10 −11 0.05 V
10 −7
10 −9
10 −8
10 −9
10 −10 10 −13
−15
10
0 2 4 6 8 10 −1 0 1 2 3 4
栅极电压/V 栅极电压/V
离子注入 MOSFET （b）VFET 的转移特性 （c）MOSFET 的转移特性
源极 5
120
漏极
阴极 4 V c =14 V 100 V c =7 V
1 阳极电流/μA 2 10 V 漏极电压/μA 60 5 V
阳极 3 80
40
栅介质
栅极
VFET 6 V 20 3 V
2 V 0 1 V
0
0 2 4 6 8 10 0 1 2 3
（a）工艺流程示意图 阳极电压/V 漏极电压/V
（d）VFET 的输出特性 （e）MOSFET 的输出特性
6
1.6×10 −4 S1 1 MHz
S2
S3
1.2×10 −4 S4
~80 nm 电压/V 4 25 ns
电流/A 8.0×10 −4 2 25 ns
4.0×10 −4
~865 nm 0 0
0.25 μm
−2 −1 0 1 2 6.6 6.8 7.0 7.2
电压/V 时间/μs
（f）BOE 腐蚀后沟道 SEM 图 （g）器件 I-V 特性曲线 （h）响应特性输出波形
图 5 Si 基纳米空气沟道晶体管
Fig. 5 Si-based nano air channel transistors

2.3 低维碳基微纳空气沟道晶体管 高度相干的电子源，有望简化电子光学系统的设计。
目前已经用于微纳空气沟道晶体管的低维碳 石墨烯的特性包括零带隙、高电子迁移率以
基材料主要包括碳纳米管与石墨烯。碳纳米管因 及卓越的导热性，也是用于微纳空气沟道晶体管的
其具有小曲率半径、大长径比、高化学稳定性和机 良好材料。Wu 等 [26] 采用微加工技术结合焦耳加
械强度，被视为理想的场发射阴极材料。Wang 等 [24] 热方法，将石墨烯薄膜应用于微尺度热离子发射器
利用悬浮超排列碳纳米管薄膜，成功研制出高性能 （图 6（a）），实现了高达六阶的发射电流可调性以
的片上热离子电子微发射器阵列。该阵列在低驱 及小于 1 ms 的快速开关时间。Srisonphan 等 [27] 在
动电压下实现了高发射电流和快速开关，并在高压 SiO 2 /Si 基板上对悬浮石墨烯阳极的电子透明度和
力环境中展现了稳定的发射性能和良好的均匀性。 空穴电荷感应响应进行了测量（图 6（b）），发现悬浮
此外，Wang 等 [25] 报道了一种基于碳纳米管的单个 石墨烯能够实现二维电子气的弹道传输，并通过捕
电子发射器，其能够实现高达 1.5 nA 的发射电流， 获边缘电子在石墨烯中形成空穴系统。这种电荷补
并具备高时间相干性和空间相干性。这为原子分辨 偿机制显著提高了阴极的二维电子气发射效率，从
率电子探针和亚 10 nm 电子束光刻技术提供了一种 而超越了传统的 Child-Langmuir 空间电荷限制。