Page 18 - 《真空与低温》2025年第3期
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李 沫等：微纳空气沟道晶体管技术研究进展综述 289
极短的过渡时间。基于这种结构，本研究组 [55] 进 [3] SYMONS R S. Tubes - Still vital after all these years[J].
一步实现了光混频功能，实现了从 120～260 GHz IEEE Spectrum，1998，35（4）：52−63.
的相干太赫兹信号的产生。 [4] JENNINGS S G. The mean free path in air[J]. Journal of
4.4 极端环境应用 Aerosol Science，1988，19（2）：159−166.
在极端温度或电离辐射环境中，电子器件的耐 [5] NIRANTAR S，AHMED T，REN G H，et al. Metal-air tran-
受性对航空航天、军事以及核应用领域具有决定 sistors：Semiconductor-free field-emission air-channel nano-
性意义。微纳空气沟道晶体管的原理是基于电子 electronics[J]. Nano Letters，2018，18（12）：7478−7484.
在空气沟道中传输，能够在很大温度范围内保持性 [6] FAN L J，BI J S，XI K，et al. Sub-10-nm air channel field
能稳定，并且不受各类辐射的影响。已有研究报道 emission device with ultra-low operating voltage[J]. IEEE
了基于 Si [56] 和 GaN [29] 材料的微纳空气沟道晶体管 Electron Device Letters，2021，42（9）：1390−1393.
在 400 ℃ 条件下的稳定运行，证实了其高温耐受性。 [7] STONER B R，GLASS J T. Nanoelectronics nothing is like a
此外，Han 等 [57] 的研究显示，环栅纳米空气沟道器 vacuum[J]. Nature Nanotechnology，2012，7（8）：485−487.
件对质子辐射和 γ 辐射具有高度的耐受性，因此被 [8] ROBINSON V S，SHOW Y，SWAIN G M，et al. Thermion-
视为适用于军事、航空航天和核应用领域的理想 ic emission from surface-terminated nanocrystalline dia-
候选技术。 mond[J]. Diamond and Related Materials， 2006， 15（10）：
1601−1608.
5 总结与展望
[9] LIANG S J，ANG L K. Electron Thermionic emission from
微纳空气沟道晶体管结合了真空电子器件与 graphene and a thermionic energy converter[J]. Physical Re-
半导体器件的优点，自其问世以来便表现出显著的 view Applied，2015，3（1）：014002.
发展潜力，以其高速、高频率、抗辐照和耐高温等 [10] SUN Y H， JAFFRAY D A， YEOW J T W. Self-heating
特点而备受关注。国内外对此领域的研究已取得 Schottky emission from a ballasted carbon nanotube array[J].
显著成果，其工作原理、典型构型和发展状况得到 Carbon，2013，58：87−91.
了广泛探讨。然而，其发展仍面临多项挑战。在器 [11] NIRANTAR S，AHMED T，BHASKARAN M，et al. Elec-
件设计方面，微纳空气沟道晶体管的栅极通常置于 tron emission devices for energy-efficient systems[J]. Ad-
阴极与阳极之间，这可能导致栅漏电流与栅控能力 vanced Intelligent Systems，2019，1（4）：1970040.
之间的平衡问题。为解决这一矛盾，可以考虑采用 [12] FOWLER R H， NORDHEIM L. Electron emission in in-
新型材料如 AlGaN/GaN 异质结，通过栅极控制阴 tense electric fields[J]. Proceedings of the Royal Society of
极电子浓度而非空间电场。在工艺技术方面，需要 London Series A，Containing Papers of a Mathematical and
在纳米尺度上精确控制材料沉积，以确保器件性能。 Physical Character，1928，119（781）：173−181.
在纳米尺度下，刻蚀工艺对沟道形状、尺寸和侧壁 [13] BEEBE J M，KIM B，GADZUK J W，et al. Transition from
陡直度等参数的要求极为严格，实现精确控制极具 direct tunneling to field emission in metal-molecule-metal
挑战性。为提高沉积精度，可以采用 ALD 等技术。 junctions[J]. Physical Review Letters，2006，97（2）：026801.
同时，利用等离子体刻蚀、原子层刻蚀等先进技术， [14] XU J，HU H，YANG W，et al. Nanoscale vacuum channel
可以提升刻蚀精度。 transistor with in-plane collection structure[J]. Nanotechno-
目前，微纳空气沟道晶体管在皮秒级开关、太 logy，2020，31（6）：065202.
赫兹技术和极端环境应用等领域展现出巨大的应 [15] ROKHLENKO A，JENSEN K L，LEBOWITZ J L. Space
用潜力，为后摩尔时代电子器件的发展提供了新的 charge effects in field emission：One dimensional theory[J].
思路，有望在未来科技领域发挥更加重要的作用。 Journal of Applied Physics，2010，107（1）：014904.
[16] SRISONPHAN S， JUNG Y S， KIM H K. Metal-oxide-
参考文献：
semiconductor field-effect transistor with a vacuum chan-
[1] CAO W，BU H M，VINET M，et al. The future transistors[J]. nel[J]. Nature Nanotechnology，2012，7（8）：504−508.
Nature，2023，620（7974）：501−515. [17] HAN J W，OH J S，MEYYAPPAN M. Vacuum nanoelec-
[2] BARBOUR E. The cool sound of tubes[J]. IEEE Spectrum， tronics：Back to the future?—Gate insulated nanoscale vacu
1998，35（8）：24−35. um channel transistor[J]. Applied Physics Letters， 2012，
