Page 17 - 《真空与低温》2025年第3期

288 真空与低温 第 31 卷 第 3 期

此外，桥式结构等新型构型也得到了研究报道。 寄生电容降低至极低水平（<100 fF），从而提升了
本研究组 [48] 成功开发了一种新型的垂直桥式纳米 频率响应性能。另一方面，由于电极间不存在介质
空气沟道二极管，具有 50 nm 纳米空气沟道，适用 遮挡，有效增加了垂直结构器件的发射/接收面积，
于晶圆级的大规模生产，具体结构与性能如图 15 有助于提高输出电流。此外，由于无需介质支撑，
所示。在桥式结构器件中，通过湿法腐蚀工艺去 该 结 构 避 免 了 因 刻 蚀 工 艺 不 均 匀 导 致 的 性 能
除 了 传 统 垂 直 结 构 器 件 中 支 撑 电 极 的 牺 牲 层， 差异。

10 μm

阳极 600 −14.5
F-N
6 μm 间隙 −15.0 β=2 220
R 2 =0.986
30 μm 400 ln/ （I·V 2 ） −15.5
−16.0
阴极 −16.5
（a）器件结构示意图 200 −17.0
电流/nA −17.5 0 2 4 8 10
（b）实物图 0 1/V
test1
IBE ALD&IBE −200 test2
Anode test3
−400
Cathode
Nano air channel −1.0 −0.5 0 0.5 1.0
500 nm （＜50 nm）
BOE LIFT-OFF 电压/V
（c）制备流程图 （d）SEM 图 （e）器件输出特性曲线
图 15 垂直结构桥式构型微纳空气沟道晶体管
Fig. 15 Bridge configuration of vertically structured micro-nano air channel transistors

4 应用领域 信系统中可用于信号的传输和接收。Rose 等 [52] 报

道了一种平面结构的多尖端场发射阵列器件，该器
4.1 大功率皮秒级开关
件具有 30 nm 的沟道长度，且能在低于 10 V 的电
太赫兹（THz）技术涉及 0.1～10 THz 频率范围
[49]
的电磁辐射 ，并因其广泛应用于量子测量、成像 压下工作。他们利用场发射的强非线性特性，研究
了 MHz 频率范围内的电混频应用。本研究组 [48] 开
和传感等领域而备受瞩目。然而，传统固态器件
在 THz 频段工作时受到短沟道效应、量子效应和 发了一种新型的垂直桥式纳米空气沟道器件，通过
过热等内在限制。微纳空气沟道晶体管作为一种 优化设计，提高了电子的发射和接收效率，并降低
了寄生电容。该器件已验证具有超过 200 MHz 的
有潜力的替代方案，引起了广泛的研究兴趣。Nikoo
等 [50] 报道了一种基于纳米等离子体的新型片上全 电混频能力，为高频应用领域提供了新的技术
电子器件，该器件能够在皮秒时间内切换广泛功率 方案。

水平的电信号。通过将该器件与偶极天线集成，成 4.3 传感器与光电探测器
功发射出 600 mW THz 的高功率太赫兹信号，显著 在传感器与探测器领域，基于场发射特性的研
2
超越了紧凑型固态电子产品的最高水平。这种新 究已涵盖了霍尔传感器、光电探测器等多种类型。
型器件结构通过实现高效且高性能的太赫兹辐射 Fan 等 [53] 成功制备了纳米空气沟道霍尔传感器。
源，展现出太赫兹技术的巨大潜力。此外，本研究 并在常温大气压环境条件下对其进行了霍尔测量，
组 [51] 提出了一种基于亚微米间隙的器件电极结构 测量内容包括霍尔电压、线性度以及电压相关灵
设计新方法，通过优化器件表面电场来降低工作电 敏度。结果显示，线性误差小于 5%，电压相关灵敏
压。实验结果表明，该方法将工作电压降至 34 V， 度为 0.28 V/VT。该传感器性能与传统的微米级传
开关速度提升近一倍，最高可达 3.19 V/ps。 感器相当，但具有体积小和易于集成的特点。本研

4.2 混频器 究组研制了一种新型的面内发射构型的纳米空气
[54]
场发射 I-V 特性的强非线性使得两个不同频 沟道硅光电探测器 ，通过优化设计显著提升了光
率的电信号混合，生成和差频信号，这一特征在通 电流和响应性，实现了 96.5% 的高电子收集效率和