Ключевые слова: вакуумная электроника, вакуумный триод
Аннотация
В настоящее время наблюдается стремительное возрождение вакуумной электроники, что связано с прогрессом в разработке триодных полупроводниковых устройств с наноразмерным вакуумным каналом, сочетающих в себе высокое быстродействие, радиационную стойкость, устойчивость к агрессивной среде и экстремальной температуре, а также малое энергопотребление. В связи с этим важной задачей становится подбор оптимальных рабочих характеристик вакуумного триода, обеспечивающих устойчивую полевую эмиссию с учётом вариации геометрии конструкции при переходе в субмикронную область проектирования. В работе представлена модель расчёта полевой эмиссии электронов лезвийного катода с наноразмерной кромкой в планарной автоэмиссионной триодной структуре. На основе исследований данной модели выбраны значения радиуса закругления кромки катода, расстояния «катод-анод» и «катод-сетка», позволяющие достичь максимального усиления электрического поля на поверхности катода. Для выбранной конфигурации также проведено сравнение электрических и частотных характеристик триода, определяющих тенденцию изменения параметров эмиссии в процессе масштабирования латеральных размеров исследуемой структуры. В качестве параметров масштабирования были использованы характерные для современной микроэлектронной промышленности топологические проектные нормы в интервале от 90 до 22 нм (90 нм, 65 нм, 45 нм, 32 нм и 22 нм). Полученные результаты могут быть полезны для технологической реализации вакуумных устройств следующего поколения, применимых в космической отрасли, сверхбыстрой радиоэлектронике и телекоммуникационных системах.
Keywords: vacuum electronics, vacuum triode
Abstract
Nowadays there is a rapid revival of vacuum electronics, because of recent progress in the development of the triode semiconductor devices with nanoscale vacuum channel that combines high performance, resistance to aggressive environments and extreme temperature and low power consumption. In this regard, the important problem becomes the selection of optimal characteristics of the vacuum triode, providing a stable field emission, taking into account the variation in geometry of the structure during the transition to the submicron design area. The paper presents the calculation model of field-electron emission from the nanoscale tip of edge field emitter in a planar field-emission triode structure. Based on this model, the values of the cathode radius, distance cathode-anode” and distance “cathode-grid” are chosen, allowing achieving a maximal amplifi cation of the electric fi eld on the cathode surface. For the selected confi guration, the comparison of the electrical and frequency characteristics of the triode is also performed that determines the tendency of variation of field-emission parameters in the process of scaling of planar geometry of considered structure. As the scale parameter, the corresponding values of technological node for the modern microelectronic industry were used in the range from 90 nm to 22 nm (90 nm, 65 nm, 45 nm, 32 nm, and 22 nm). The obtained results can be useful for the technological implementation of the next generation of vacuum devices applicable in the space, ultrafast electronics and telecommunication systems.
[ Full text ]