[发明专利]真空管场效应晶体管阵列及其制造方法

说明书

本发明提供一种真空管场效应晶体管阵列及其制造方法，所述真空管场效应晶体管阵列包括：源极材料层；漏极材料层；分立设置于所述源极材料层与所述漏极材料层之间的若干栅极结构；所述栅极结构包括条形金属栅；所述条形金属栅侧壁形成有栅极介质层；所述条形金属栅顶端通过第一绝缘层与所述漏极材料层连接，底端通过第二绝缘层与所述源极材料层连接；各栅极结构之间平行排列，且相邻栅极结构之间构成真空沟道。本发明的真空管场效应晶体管阵列可作为大功率器件，并具有结构简单的优点，可方便通过3D打印制造，不仅可以实现较小的体积，还有利于降低生产成本。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，涉及一种真空管场效应晶体管阵列及其制造方法。

背景技术

对于载流子运输介质，真空本质上优于固体，因为它允许弹道运输，而在半导体中，载流子会遭受光学和声学声子散射。真空中的电子速度理论上是3×10¹⁰cm/s，但在半导体中，电子速度仅约为5×10⁷cm/s。一些科学家认为，在真空晶体管中，似乎只有电子可以在电极之间流动，而空穴不能。除非我们学会处理正电子，否则将不可能做任何互补型电路，例如CMOS。而没有互补型电路，功率将过高，最有可能限制真空晶体管进入细分市场。很难想象，任何大型数字电路都会用到真空晶体管。

目前真空晶体管主要有四种类型(Jin-Woo Han,Jae Sub Oh and M.Meyyappan,Vacuum Nanoelectronics:Back to the Future？-Gate insulated nanoscale vacuumchannel transistor,APL,100,213505(2012))：(a)垂直场发射型、(b)平面横向场发射型、(c)MOSFET型、(d)绝缘栅空气沟道晶体管。

3-D打印是由麻省理工学院的团队领导的Emanuel Sachs在20世纪80年代末发明的(专利US5204055)，也被称为粘结剂喷射，该技术涉及铺设一层粉末，然后喷出液体粘合剂的地区被凝固。与传统的喷墨打印机类似，3-D打印机能够在前一层构建额外的层来构建三维物体，甚至是复杂的对象，作为医疗植入物。这些3D打印技术已经达到这样一个阶段，所需的产品结构可以独立于它们的形状的复杂性，甚至生物打印组织也成为可能。维也纳理工大学曾通过3D打印制作了一辆285μ米长的赛车。

目前，传统的真空晶体管主要是通过玻璃烧结的方法制作，体积较大。而通过半导体方法制作的真空晶体管加工成本高，不适合大批量生产。

因此，如何提供一种新的真空管场效应晶体管阵列及其制造方法，以降低工艺复杂性，并保证优异的器件性能，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种真空管场效应晶体管阵列及其制造方法，用于解决现有技术中无法低成本制造小型真空晶体管的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种真空管场效应晶体管阵列，包括：

源极材料层；

漏极材料层；

分立设置于所述源极材料层与所述漏极材料层之间的若干栅极结构；所述栅极结构包括条形金属栅；所述条形金属栅侧壁形成有栅极介质层；所述条形金属栅顶端通过第一绝缘层与所述漏极材料层连接，底端通过第二绝缘层与所述源极材料层连接；各栅极结构之间平行排列，且相邻栅极结构之间构成真空沟道。

可选地，所述栅极结构的宽度范围是1-100μm，所述真空沟道的宽度范围是1-50μm。

可选地，所述条形金属栅的材料包括Al。

可选地，所述栅介质层的材料包括氧化铝、氧化铪及氮化铝中的一种或多种。