Page 28 - 《真空与低温》2025年第3期

陈越中等：背栅型纳米真空沟道晶体管阵列的电学特性及其高频小信号等效电路模型研究 299

 现更为显著且高效的调控。
R gc





 v in 1+ jwC gc R gc

R in = =



 I in g m R gc

 1−

 阴极

 1+ jwC gc R gc

 阳极
 （15）
 v out 1
 R out = = 阴极




 I out jwC ag




v out = −g m v in (R out //R L )





 v out 栅极

A V = = −g m (R out //R L )

（a）总体示意图
v in

d=200 nm
g m1 V gc
R ac
C A v out
g m2 V ac
C ac
阴极 阴极
R s
+
−
v in C gc C ag R L 阳极
R gc
G
l=100 nm
（a）共栅极高频小信号等效电路模型 （b）俯视图
R ac
H A
g m V in
H C
C A v out t OX
W GC
C ac W GA
R s
+ （c）侧视图
−
v in C gc C ag R L
R gc
图 9 改进后的背栅型纳米真空沟道晶体管阵列的结构图
G
Fig. 9 Structure diagram of improved back-gate nanoscale
（b）简化的共栅极高频小信号等效电路模型 vacuum channel transistor array

图 8 共栅极高频小信号等效电路图 表 2 改进后的结构参数

Fig. 8 The equivalent circuit diagrams of the common gate Tab. 2 Improved structural parameters
high-frequency small-signal 单位：nm

至此，基于纳米真空沟道晶体管的共阴极高频 结构参数 数值
小信号等效电路和共栅极高频小信号等效电路两 阴极厚度 H C 100
阳极厚度 150
种等效电路模型已基本构建完成，观察式（15），可 H A
栅极-阳极间距 10
以发现其电压增益与 C a 密切相关。为了更直观地 W GA
g
栅极-阴极间距 W GC 10
比较两种等效电路模型的差别，需要分析转移特性
阴极尖端间距 d 200
曲线来进一步分析二者的差别。
阴极-阳极间距 l 100
在前文对背栅型纳米真空沟道晶体管阵列的
栅极介电层厚度 t ox 10
结构参数分析的基础上，进一步优化了其结构，结构
示意图如图 9 所示。阴极尖端均匀分布在阳极两侧， 通过对共阴极与共栅极两种高频小信号等效
总共 130 个阴极尖端。具体结构参数如表 2 所列。 电路模型的对比分析，并结合背栅型纳米真空沟道
图 10 为其对应的转移特性曲线，其中，共阴极 晶体管阵列的优化设计，可以明确：在相同输入电
配置下输入电压对输出电流的影响为红色虚线的 压条件下，共栅极高频小信号等效电路模型相较于
变化，而共栅极配置下输出电压对输出电流的影响 共阴极高频小信号等效电路模型，能够对输出电流
为蓝色虚线的变化。从图中可以看出，在相同静态 实现更为显著且高效的调控，展现出显著的性能优
偏置和输入信号下，共栅极配置下阳极电流的变化 势。这一研究为优化高频电路的设计提供了思路，
幅度 ΔI a 明显大于共阴极配置。这表明，在相同条 同时为提升纳米真空器件在实际应用中的性能提
件下，共栅极配置能够通过输入电压对输出电流实 供了理论依据。