研究引入了新的納米級真空溝道電晶體

通過真空電晶體從源極（底部）到漏極（頂部）的電子發射軌跡。圖片提供：韓振宇。

真空管最初在電子設備的開發中起著核心作用。然而，幾十年前，研究人員開始用半導體電晶體代替它們，這些電晶體既可以用作放大器又可以用作開關，是小型電子元件。

儘管現在真空管很少用於電子學的發展，但它們比電晶體具有幾個重要的優點。例如，它們通常可以在極端或惡劣的環境中實現更快的運行速度，更好的抗噪能力以及更高的穩定性。

在最近的一項研究中，美國宇航局艾姆斯研究中心的研究人員證明，可以在碳化矽晶片上製造納米級真空溝道電晶體。在晶圓級上製造這種電晶體最終將使其廣泛使用，使其成為固態電子產品的可行替代品。

進行這項研究的研究人員之一Meyya Meyyappan對TechXplore說：「由於輻射的影響，現成的電子設備很少用於太空任務。」 「通常，需要輻射屏蔽或先進的輻射感知電路設計，所有這些都是昂貴，費時的，並且所產生的硬體不是最新技術。我們將真空物理學與現代技術相結合集成電路製造以生產納米級真空電晶體，以克服上述缺點。」

在製造納米級真空溝道電晶體時，負責設計和製造的研究人員Jinwoo Han遵循了與構建傳統MOSFET（金屬氧化物半導體場效應電晶體）時所採用的類似工藝。唯一的區別是他用空通道代替了半導體通道，該通道在MOSFET中位於源極和漏極之間。

Meyyappan解釋說：「與我們先前在矽環繞柵納米真空電晶體上所做的工作不同，這次我們將方向改為了垂直而不是水平。」 「由於溝道什麼都沒有，電子比在半導體中受晶格散射的電子更快，因此工作頻率或速度會更高。」

該研究提出的納米級真空溝道電晶體是在150mm的碳化矽晶片上製造的。在評估其性能時，研究人員發現其電晶體的驅動電流與源極焊盤上發射極的數量成線性比例。

Meyyappan和他的同事們還將其性能與同時製造的矽真空溝道電晶體的性能進行了比較。他們的測試表明，碳化矽器件具有出色的長期穩定性，這對於太空和其他挑戰性環境中的應用尤其有利。

「我們已經在矽和製造我們的低於100nm特徵尺度真空溝道電晶體的矽碳化物材料的系統，」漢告訴TechXplore。「它們的性能令人鼓舞，電晶體不受輻射的影響。這意味著我們可以利用我們現有的製造基礎設施和已知的材料系統來製造超小型真空設備。」

將來，Meyyappan，Han及其同事收集到的研究結果可能會促進真空溝道電晶體的重新引入，以製造電子設備，特別是設計用於太空的電子設備。同時，研究人員正計劃使用他們開發的電晶體來構建電路，以便在實際環境中進行應用和測試。