克服高电压障碍 实现真空电晶体的愿望可成真

     美国匹兹堡大学的研究人员曾在7月1日出刊的《Nature Nanotechnology》期刊中，发表了一篇论文题为《具备真空通道的金属氧化物半导体场效电晶体》的论文，该论文提出了“一种以深沟槽、侧边曝光的金属 -氧化矽-矽三层MOS垂直结构；金属层与矽晶层是元件的正极与负极，中间隔着绝缘氧化矽，而电子传输就是透过真空以垂直方向进行”的话题。这论文引起了印制电路板界的广泛关注。这也表明了关于扫除高电压障碍实现真空电晶体的研究成果。该研究成果也意味着回归电子元件的起源；固态电晶体是在1947年发明，以取代体积笨重、可靠性不佳的真空管。过去也有人尝试过以固态半导体制程技术，制作小型化的真空管式电子元件，但是此概念一直在克服高电压需求，以及与现有固态CMOS技术的相容性问题。

在本次研究中，匹兹堡大学斯万森工程学院教授Hong Koo Kim所率领的团队，重新设计了真空管电子元件的架构；该团队发现，半导体元件中的电子若被捕捉至一个氧化物或是金属层介面，就能轻易被提取至空气中。在材料介面里的电子会形成一片电荷，也就是一种二维电子气(electron gas)；而且Kim发现，电子之间的库伦斥力(Coulombic repulsion)，让电子能容易地从矽散发出来。这可催生一种低电压元件，其内部的电子会在一个奈米级的通道中以弹道模式(ballistically)在空气中游走，不会有碰撞或是散射。

根据论文的描述，该通道的长度约是20奈米，研究团队并量测到20ns/ micron的跨导(transconductance)，500开关比(on/off ratio)，以及环境条件下0.5 V的导通闸极电压(turn-on gate voltage)。

“这种电子系统至真空通道的发射，能实现全新的一系列低电压、高速电晶体，而且这种电晶体能与目前的电子元件相容，为这些电子元件添加因为低电压可带来的更高速度与省电效益。”Kim表示。

本次突破性的研究可望实现真空电晶体，将更好的克服高电压的阻碍，电子元器件将有更快的传输能力。

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