【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于真空电子器件，涉及一种多环二维电子气发射的垂直真空三极管。
技术介绍
1、真空三极管是一种传统的真空电子器件，其传输媒介为真空，可使电子以弹道方式在真空沟道中进行无散射输运，赋予真空三极管高速、高增益、高频率、耐高温、抗辐射等优势。目前真空三极管在结构上主要分为水平型和垂直型两类。水平型真空三极管真空通道尺寸强烈依赖半导体光刻和刻蚀技术，光刻精度要求苛刻。而垂直型真空三极管的真空沟道尺寸取决于介质层厚度的变化，更易调控。研究表明真空三极管主要基于fowler—nordheim(f-n)场发射行为，f-n理论方程表明场发射能力的增加与场致发射因子密切关联，其中发射极长度l和发射尖端曲率半径r决定场致发射因子。目前真空三极管的性能优化主要体现在对发射电流强度的提升，栅极对发射电流的控制能力改良，开启电压的降低、栅极泄漏电流减小。基于f-n理论，发射极的设计有助于电子发射密度的增强，对真空三极管器件性能的提升至关重要。对于发射极形貌的设计，主要包括尖端型、圆弧型、方型以及单环型这几类，其中尖端和圆弧形存在制备难度较大、制备均匀性和难以继承电路等问题；而方型和单环型存在发射电流小、开启电压较大等问题。因此需要对发射极形貌进一步改进。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种多环二维电子气发射的垂直真空三极管，解决了单环二维电子气发射的环型结构发射极存在发射电流小，开启电压低的问题。
2、本专利技术是通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术公开了一
4、在真空沟道区域构造出多环二维电子气发射结构；
5、多环二维电子气发射结构的环数和环半径能够进行调整。
6、进一步，当在垂直真空三极管的中间部位预制两个环形槽时，多环二维电子气发射结构为四环结构；
7、当在垂直真空三极管的中间部位预制一个环形槽时，多环二维电子气发射结构为双环结构；
8、环形槽的宽度为20nm～10μm。
9、进一步，当多环二维电子气发射结构为四环结构时，从内至外的环形半径分别为r1、r2、r3、r4；
10、r1为内部环形槽内径，r2为内部环形槽的外径，r3为外部环形槽内径，r4为外部环形槽的外径；
11、r2与r3之间的厚度为50nm～5μm。
12、进一步，所述垂直真空三极管包括由上至下依次连接的阴极、2deg层、阴极介质层、栅极、栅极介质层和阳极；
13、阴极、栅极和阳极均为导电材料，栅极介质层和阴极介质层为绝缘材料。
14、进一步，导电材料采用金属al、au、w、mg或pt，或采用不同金属叠层；
15、绝缘材料采用低介电常数材料或高介电常数材料。
16、进一步，栅极介质层和阴极介质层的优选厚度为5nm～100nm，垂直真空三极管器件的优选整体宽度为100nm～20μm。
17、进一步，多环二维电子气发射结构中独立的各环，通过连通线进行相互连接，连通线对各层均进行连通，与各层材料一致。
18、进一步，连通线为单条、双条或多条。
19、进一步，多环二维电子气发射结构真空三极管拓展为其他形貌的多圈2deg垂直真空三极管。
20、进一步，其他形貌为方形或三角形。
21、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
22、本专利技术提出的多环二维电子气发射的真空三极管，通过在传统单环形结构中构造出多个环形真空沟道，环形内壁便会形成多环二维电子气结构，增加电子发射的面积，相比普通的单环二维电子气发射的垂直型真空三极管，在同样的工作电压下，能获得更大的发射电流。此外，通过增大多环二维电子气半径，也拓展了电子发射的面积，提升发射电流，增加栅极对发射电流的控制能力，降低器件的开启电压，整体上改进器件性能。
23、本专利技术中以单环、双环和四环2deg真空三极管为例进行仿真模拟对比，发现随着2deg环数的增加，真空三极管的发射电流显著增强。随着2deg环半径的增大，真空三极管的发射电流显著增强，开启电压降低，栅极对发射电流的控制能力增强。2deg环数的增多和环半径的增大，有助于实现真空三极管性能的优化，这主要源于电子发射面积的有效扩展，增加了电子从2deg发射到阳极的数量，从而提升了器件的电子发射性能。
24、真空三极管中的2deg的多环结构的构造，通过扩展真空三极管中2deg的环数和环半径，使得电子发射面积增大，让更多的电子被阳极所捕获，实现发射电流的增大，增强栅极对发射电流的控制能力，降低器件的开启电压。
25、2deg环数越多，发射周长越大，发射面积越大，发射电流强度增大。但是2deg环数越多也意味着真空沟道数量越多，发射表面电场强度的抑制作用更加明显，导致发射电流增益降低。因此，二维电子气环数的设计需要考虑实际的制备难度及器件整体尺寸，并非二维电子气环数越多越好。
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1.一种具有多环二维电子气发射的垂直真空三极管，其特征在于，所述垂直真空三极管内设置有真空沟道区域(160)；
2.根据权利要求1所述的多环二维电子气发射的垂直真空三极管，其特征在于，当在垂直真空三极管的中间部位预制两个环形槽时，多环二维电子气发射结构为四环结构；
3.根据权利要求2所述的多环二维电子气发射的垂直真空三极管，其特征在于，当多环二维电子气发射结构为四环结构时，从内至外的环形半径分别为r1、r2、r3、r4；
4.根据权利要求1所述的多环二维电子气发射的垂直真空三极管，其特征在于，所述垂直真空三极管包括由上至下依次连接的阴极(100)、2DEG层(110)、阴极介质层(120)、栅极(130)、栅极介质层(140)和阳极(150)；
5.根据权利要求4所述的多环二维电子气发射的垂直真空三极管，其特征在于，导电材料采用金属Al、Au、W、Mg或Pt，或采用不同金属叠层；
6.根据权利要求1所述的多环二维电子气发射的垂直真空三极管，其特征在于，栅极介质层(140)和阴极介质层(120)的厚度为5nm～100nm，
7.根据权利要求1所述的多环二维电子气发射的垂直真空三极管，其特征在于，多环二维电子气发射结构中独立的各环，通过连通线(170)进行相互连接，连通线(170)对各层均进行连通，与各层材料一致。
8.根据权利要求7所述的多环二维电子气发射的垂直真空三极管，其特征在于，连通线(170)为单条、双条或多条。
9.根据权利要求1所述的多环二维电子气发射的垂直真空三极管，其特征在于，多环二维电子气发射结构真空三极管拓展为其他形貌的多圈2DEG垂直真空三极管。
10.根据权利要求9所述的多环二维电子气发射的垂直真空三极管，其特征在于，其他形貌为方形或三角形。
...【技术特征摘要】
1.一种具有多环二维电子气发射的垂直真空三极管，其特征在于，所述垂直真空三极管内设置有真空沟道区域(160)；
2.根据权利要求1所述的多环二维电子气发射的垂直真空三极管，其特征在于，当在垂直真空三极管的中间部位预制两个环形槽时，多环二维电子气发射结构为四环结构；
3.根据权利要求2所述的多环二维电子气发射的垂直真空三极管，其特征在于，当多环二维电子气发射结构为四环结构时，从内至外的环形半径分别为r1、r2、r3、r4；
4.根据权利要求1所述的多环二维电子气发射的垂直真空三极管，其特征在于，所述垂直真空三极管包括由上至下依次连接的阴极(100)、2deg层(110)、阴极介质层(120)、栅极(130)、栅极介质层(140)和阳极(150)；
5.根据权利要求4所述的多环二维电子气发射的垂直真空三极管，其特征在于，导电材料采用金属al、au、w、mg或pt，或采用...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴胜利，唐文华，甘露，赵源，李洁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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