| 单词 | 真空微电子器件 |
| 释义 | 【真空微电子器件】 利用半导体微细加工技术和其它有关的现代技术，依据真空电子管研制成的微米或亚微米尺寸的电子器件，称为真空微电子器件，也叫真空IC(集成电路)。它由热电子发射真空管、固体电路、显微镜和生物细胞四种技术学科交叉汇聚而成。真空微电子器件的突出优点是：载流子在真空中运动速度快；温度稳定性远优于固体器件；功率效率高；封装和集成电路轻小；可利用现有的大规模集成电路技术和设备来发展；用材少、易于象集成电路那样大批量生产，成本低。 40年代，Shoulders就提出关于真空微电子器件的一些设想，于1961年发表了真空微电子器件的系统论证文章。但直到1986年，Gtay等才研制出世界上第一支真空微电子管。主要研究的方面是各种冷发射阴极阵列、场致发射微型真空管、微波器件、其它各种特珠真空微电子器件、真空荧光平板显示器。总体看，真空微电子器件还是处于研制开发阶段。研究较多的是几种冷阴极：1．场致发射冷阴极。外加电场会使阴极表面势垒降低，同时使表面势垒变薄。因此，当外场还没加到使表面势垒顶点与阴极材料的费米能级相平时，就有大量电子靠隧道效应发射出来，其电流密度比热发射电流密度大几个数量级，这就是场致发射。为达到场致发射的电场强度，可提高电压，或把阴极作成曲率半径很小的尖端。场发射阴极阵列的制造方法有3种：(1)镀覆法，也叫Spindt方法，其阴极尖锥是用溅射钼通过小孔堆积而成。(2)刻蚀法，利用的是集成电路的干法或湿法腐蚀工艺，其中湿法腐蚀又分各向同性腐蚀和各向异性腐蚀。(3)包金属硅尖阵列，是上述两法的结合。2．超浅PN结的雪崩阴极。荷兰菲力浦研究所采用离子注入法制造了n型层厚度为10nm的阵列式P－N结。发射电流与流过二极管的电流之比称为发射效率，通常为10－5。当涂一层低功函数金属铯之后，发射效率达到8×10－2。在2万个阵列中，发射电流实验值可达3000A／cm2，寿命大于104h。3．肖特基势垒阴极与超浅PN结雪崩发射相对应的是肖特基结雪崩发射，或者说热电子发射。4．隧道发射阴极。50、60年代，人们就开发了隧道阴极，但由于绝缘薄膜的生长质量不过关，无法得到足够的发射比。日本K．Yokoo等制造了n-Si-SiO2－AI结构的隧道发射阴极，SiO2厚度为10nm，AI栅厚度为6～15nm，发射电流占流过SiO2总电流的0．7%。发射比强列地依赖于AI栅层的厚度。研究隧道发射的主要内容是，发射的稳定性、发射的电子能谱学和显微镜学、发射效率和制造工艺等。5．负电子亲合势阴极。负电子亲合势状态，就是导带底部的电子所具有的能量大于处在表面外的自由电子所具有的能量。这样的状态通常是把P型半导体在高真空中进行表面清净，然后由低功函数金属铯处理得到。6．光电子阴极。负电子亲合阴极被激光照射时，由于该阴极具有响应快、亮度高、能量分散小的特点，非常适合于作高速光检测器以及用于分时制的电子显微镜和俄歇电子能谱仪上。吸收了光量子之后，物体中可能出现能量很大的电子，其中一些能达到物体的表面并克服表面势垒，成为发射电子，这种现象称为光电子发射或外光电效应。利用负电子亲合势的光电子阴极对紫外光的响应速度可达到2～3ps。研究真空微电子器件的主要目的，是制造在恶劣环境下(核辐照、高温、低温)仍能正常工作的二极管、三极管及由它们组成的真空IC，而且，它们工作的速度比固体器件还要快。从结构上分，三极管有竖直结构和横向结构。从封装形式上分，一种是独立器件小微腔抽空，另一种是作成阵列或电路，然后总体封在一个大点的抽空微腔内。行波管、返波管、速调管等微米波毫米波微波器件，为提高频率，必须微型化。现在用超大规模集成电路微细加工技术进行这些器件的开发工作。随着真空微电子学的发展，场致发射阴极阵列可提供极高的电流密度，促使感应输出器件获得新发展，这有利于器件功率和频率的提高。场致发射真空荧光平板显示器，是以尖锥阵列作发射阴极，栅极作成行列条，相距100～200μm左右的阳极涂有低压荧光粉，工作电压为几百伏即可。它的优点是高亮度、高分辨率、长寿命、全色、超薄(2～5mm左右)、重量轻、矩阵寻址(成熟技术)等。真空微电子器件的优点很适合作恶劣环境(高温、低温、辐射)下快速响应的敏感元件。现在研究的真空微电子传感器有微位移传感器和力敏传感器。这些都是在恒定电压条件下，具有弹性的阳极膜的形变改变了阳极与阴极尖端的距离，从而改变了电流。(西安交通大学朱长纯撰) |
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