Page 12 - 《真空与低温》2025年第3期

李 沫等：微纳空气沟道晶体管技术研究进展综述 283

V c
石墨烯
W

V b
Au/Cr n-Si
SiO 2 SiO 2
V g
+
Si (n ) Al
（a）石墨烯微发射器示意图 （b）悬浮石墨烯阳极的二极管示意图

图 6 基于石墨烯的微纳空气沟道晶体管
Fig. 6 Graphene-based micro-nano air channel transistors

2.4 宽禁带材料微纳空气沟道晶体管 为 0.24 V。他们还探讨了沟道长度对器件性能的影
宽禁带材料由于高击穿场、良好的热稳定性 响，发现开启电压与沟道尺寸在亚 100 nm 范围内呈
和化学稳定性，以及低功函数等特性，在微纳空气 线性关系。GaN 的低电子亲和势，有望实现低电压下
沟道晶体管也有广泛的前景。目前已探讨的宽禁 的大电流输出。本研究组 [29] 采用低成本的 IC 兼容工
带 材 料 主 要 包括 GaN 及 其 AlGaN/GaN 异 质 结 、 艺成功制造了具备 50 nm 空气沟道的垂直 GaN 纳米
SiC、Ga 2 O 3 和纳米金刚石等。 空气沟道二极管。该器件结合 GaN 的低电子亲和势
Sapkota 等 [28] 报道了一种基于 GaN 的尖端对平 和面内发射的高效接收效率，在 10 V 偏压下实现了
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面构型纳米空气沟道二极管，其器件 SEM 图像与电 超过 11 mA 的输出电流。此外，该二极管在 1×10 n/cm 2
[30]
学性能如图 7 所示。该器件具有极低的开启电压，仅 的中子注量下，展现出了优异的耐辐照性能 。

n-GaN 收集极 发射极 26 nm 间隙, r tip =31 nm

200 nm 400
−16 数据
碳掺杂 GaN（绝缘） 10 μm −20 线性拟合
电流/nA （I/V 2 ）
（a）器件结构示意图与阵列SEM图
200
ln −24
−28
0.4 0.5 0.6
1/V
0
500 μm −3 −2 −1 0 1 2 3
电压/V
（b）器件 SEM 图像 （c）输出特性曲线

图 7 GaN 基纳米空气沟道二极管
Fig. 7 GaN-based nano air channel diodes

AlGaN/GaN 异质结构相较于体材料，其高密 置为 3 V 时输出电流达到了 40 μA，器件的电学性
度的二维电子气特性，使其成为理想的场发射阴极 能如图 8（c）（d）所示。此外，Hernandez 等 [32] 研究
材料候选。Zhao 等 [31] 报道了一种基于 Al 0.25 Ga 0.75 N/ 了采用三角形阴极的 AlGaN/GaN 异质结纳米空气
GaN 异质结的平面结构纳米空气沟道二极管，该器 沟道二极管，其中阴极与阳极间距分别为 50 nm 和
件通过湿法腐蚀工艺制备出 45 nm 的空气沟道，其 600 nm，阳极材料分别为异质结和金属。在 10～
结构与 SEM 图如图 8（a）（b）所示。实验数据表明， 30 V 的偏压范围内，该二极管展现了良好的整流特
在大气环境下，该器件开启电压为 2.3 V，在阳极偏 性，正偏压下的场发射电流达到 μA 至 mA 量级。