[发明专利]一种双栅极结构的横向场发射晶体管阵列

说明书

本发明公开了一种采用双栅极结构的横向场发射晶体管阵列，包括阴极、阳极、栅极介质层、电子束控制栅极、信号调制栅极。阴极和阳极均位于栅极介质层的上表面，并相对平行设置，之间设有空气间隙。阴极由阴极衬底和阴极发射体构成，阴极发射体由第一锥形薄膜尖端阵列组成。阳极由阳极结构体和阳极衬底构成，阳极结构体由第二锥形薄膜尖端阵列组成。电子束控制栅极和信号调制栅极均位于栅极介质层的下表面，并相对平行设置于空气间隙下方。本发明通过调制栅极上的信号，调制阴极发射的电子束，阳极接收调制过后的电子束大电流信号，信号获得放大。相对现有技术，解决场发射晶体管输出电流低、功率增益低、漏电流大的缺点。

技术领域

本发明属于真空电子学领域，特别涉及一种双栅极结构的横向场发射晶体管阵列。

背景技术

场发射晶体管是用晶体管工艺制备的电真空器件，与传统的晶体管相比，有着独特的优点。它体积小，输出频带宽，对热噪声的抵抗性好，性能稳定的特点，应用于太赫兹通信领域。2014年Han JinWoo提出了一种采用CMOS工艺制备的背栅极横向场发射晶体管，这种场发射晶体管通过100nm超短沟道，实现了无外加真空环境的电子弹道传输，并获得了10V的超低驱动电压。然而，它的单管输出电流较低、输出功率增益较低，并且存在较大的漏电流，限制了其在太赫兹领域的应用。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种采用双栅极结构的横向场发射晶体管阵列，解决场发射晶体管输出电流低、功率增益低、漏电流大的缺点。

技术方案：一种双栅极结构的横向场发射晶体管阵列，包括阴极、阳极、栅极介质层、电子束控制栅极、信号调制栅极；所述阴极和阳极均位于所述栅极介质层的上表面，并相对平行设置，之间设有空气间隙；所述阴极由阴极衬底和阴极发射体构成，所述阴极发射体由第一锥形薄膜尖端阵列组成，各第一锥形薄膜尖端的末端与薄膜型阴极衬底连接；所述阳极由阳极结构体和阳极衬底构成，所述阳极结构体由第二锥形薄膜尖端阵列组成，各第二锥形薄膜尖端的末端与薄膜型阳极衬底连接；所述电子束控制栅极和信号调制栅极均位于所述栅极介质层的下表面，并相对平行设置于所述空气间隙下方，所述电子束控制栅极与阴极的水平距离为零，所述信号调制栅极与阴极之间具有水平距离。

进一步的，所述阴极和阳极的薄膜厚度相同。

进一步的，锥形薄膜尖端的长度l为75nm，尖端曲率半径R为5nm，锥形薄膜尖端阵列周期为L为80nm，阴极衬底和阳极衬底厚度t为20nm。

进一步的，所述阴极和阳极之间的空气间隙D为100nm。

进一步的，所述栅极介质层为高介电常数的绝缘层，厚度为30nm。

进一步的，所述电子束控制栅极的厚度h为25nm，宽度w₁为20nm。

进一步的，所述信号调制栅极的厚度h为25nm，宽度w₂为20nm，与阴极的水平距离x₁为60nm。

进一步的，所述栅极介质层的材料为二氧化硅。

有益效果：(1)本发明采用薄膜作为阴极和阳极，易于加工；(2)本发明采用发射体阵列，具有大的发射电流、高的输出功率增益；(3)本发明采用电子束控制栅极，降低了由电子束轰击栅极带来的栅极漏电流；(4)本发明采用超短阴极阳极沟道，器件可以在不外加真空条件的环境下工作。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为本发明的单管结构示意图；

图3为本发明结构的俯视图；

图4为本发明结构的剖视图；

图5为本发明的栅压电学特性图；

图6为本发明的电子束伏安特性曲线；