研究引入新型納米級真空通道電晶體

通過真空電晶體從源（底部）到排放口（頂部）的電子發射軌跡。

真空管最初在電子設備的發展中發揮了核心作用。然而，幾十年前，研究人員開始用半導體電晶體取代它們，這種小電子元件既可用作放大器，也可用作開關。

雖然真空管現在很少用於電子器件的發展，但它們比電晶體具有幾個重要優勢。例如，它們通常可實現更快的操作速度、更好的抗噪性以及在極端或惡劣環境中的穩定性。

在最近的一項研究中，美國宇航局阿姆斯研究中心的研究人員已經證明，納米級真空通道電晶體可以在碳化矽晶圓上製造。在晶圓尺度上製造這種類型的電晶體最終可以使其廣泛使用，使它們成為固態電子器件的可行替代品。

進行這項研究的研究人員之一梅亞·梅亞帕潘告訴TechXplore，"由於輻射的影響，現成的電子器件對太空任務幾乎沒有用。"通常，需要輻射屏蔽或高級輻射感知電路設計，所有這些都既昂貴又耗時，導致硬體不是最先進的。我們結合了最好的真空物理和現代集成電路製造，生產納米級真空電晶體，以克服上述缺點。

在製造納米級真空通道電晶體時，負責設計和製造的研究員韓金宇遵循了與製造傳統MOSFET（金屬氧化物半導體場效應電晶體）時類似的工藝。唯一的區別是，他用空通道替換了半導體通道，在MOSFET中，半導體通道位於源和漏管之間。

Meyyappan解釋道："與我們之前在矽環繞門納米真空電晶體方面的研究不同，我們這次將方向翻轉到垂直電晶體，而不是水平電晶體。由於通道沒有，因此電子的速度可以比半導體快，因為半導體會經歷晶格散射，因此工作頻率或速度會更高。

研究提出的納米級真空通道電晶體是在150mm碳化矽晶圓上製造的。在評估其性能時，研究人員發現其電晶體的驅動電流隨源焊盤上的發射器數量呈線性縮放。

Meyyappan和他的同事還比較了其性能與同時製造的矽真空通道電晶體的性能。他們的測試表明，碳化矽器件具有顯著優越的長期穩定性，對空間和其他具有挑戰性的環境的應用尤其有利。

"我們在矽和碳化矽材料系統中製造了低於100納米的尺寸真空通道電晶體，"Han告訴TechXplore。"它們的性能令人鼓舞，電晶體不受輻射影響。這意味著我們可以利用我們目前的製造基礎設施和已知材料系統製造超小型真空設備。

今後，Meyyappan、Han及其同事收集的研究結果可以促進真空通道電晶體的重新引入，用於製造電子產品，特別是那些設計用於太空的電晶體。與此同時，研究人員正計劃用他們開發的電晶體來製造電路，以便應用它們，並在現實生活中的環境中進行測試。