真空チャネルトランジスタは真空管の原理を利用したトランジスタ。
目次

1 概要

2 歴史

3 構造

4 特徴

5 脚注

6 参考資料

7 関連項目

8 外部リンク

概要

集積回路で使用される従来の電界効果トランジスタは微細化が進むにつれてゲート絶縁膜が薄くなり過ぎることが原因でリーク電流が相対的に増大しつつあった。また、シリコンの電子移動度の限界により高速化に限界があった。また宇宙空間での使用時には放射線耐性の問題もあった。それらの問題を解決するために様々な研究開発が進められており、その中の一つである真空チャネルトランジスタは真空管の原理を利用している。
歴史

真空管を微細化するという概念自体は目新しものではなく、半導体の製造技術が進歩しつつあった1960年代に既に提案されていたものの、当時はまだ製造技術が不十分で実現には至らなかった。1980年代には実際に動作する真空チャンネルトランジスタの事例が報告されたが、当時の微細加工技術ではソースとドレイン間の距離を狭めることができなかったため、ゲートの閾値電圧が高く、実用化できなかった[1]。その後、微細加工技術の進展によりソースとドレイン間の距離を狭める事が可能になり、2012年には閾値電圧が半導体と同水準の0.5Vにまで低下した[2]。
構造

従来の電界効果トランジスタではソースとドレイン間に半導体があり、そこを電流が流れるが、真空チャンネルトランジスタではソース・ドレイン間に150ナノメートルの真空ギャップを作ることで物理的な接触なしにゲート間に電子が流れる[3]。従来の真空管であれば熱電子を放出するために陰極を加熱していたが、微細化により静電界に置くだけで電子を放出するようになり、加熱が不要になった[3]。また、真空チャンネルトランジスタには複数の形式が提案されている。
特徴

シリコントランジスタよりも電子移動度が高いので高速でのスイッチングが可能でテラヘルツ帯での高周波素子として期待される[3]。高温での作動が可能で、放射線に対しても耐性がある反面、作動に伴いソース電極が劣化するので信頼性に劣る。
脚注^ Gray, H. F., G. J. Campisi, and R. F. Greene. "A vacuum field effect transistor using silicon field emitter arrays." Electron Devices Meeting, 1986 International. IEEE, 1986.
^ Srisonphan, Siwapon, Yun Suk Jung, and Hong Koo Kim. "Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor with a vacuum channel." Nature nanotechnology 7.8 (2012): 504-508.
^ a b c ⇒半導体に取って代わられた真空管に復権の兆し、超高速のモバイル通信＆CPU実現の切り札となり得るわけとは？, ⇒http://gigazine.net/news/20140626-nasa-vacuum-transistor/ 

参考資料

Han, Jin-Woo, Jae Sub Oh, and M. Meyyappan. "Vacuum nanoelectronics: Back to the future??Gate insulated nanoscale vacuum channel transistor." Applied physics letters 100.21 (2012): 213505.

Srisonphan, Siwapon, Yun Suk Jung, and Hong Koo Kim. "Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor with a vacuum channel." Nature nanotechnology 7.8 (2012): 504-508.

Stoner, Brian R., and Jeffrey T. Glass. "Nanoelectronics: Nothing is like a vacuum." Nature Nanotechnology 7.8 (2012): 485.

Park, In Jun, Seok-Gy Jeon, and Changhwan Shin. "A new slit-type vacuum-channel transistor." IEEE Transactions on Electron Devices 61.12 (2014): 4186-4191.

アメリカ合衆国特許第5,012,153号

アメリカ合衆国特許第4,827,177号

関連項目

バイポーラトランジスタ

電界効果トランジスタ

外部リンク

⇒Introducing the Vacuum Transistor: A Device Made of Nothing - IEEE Spectrum

⇒NASA melds vacuum tube tech with silicon to fill the terahertz gap 。Ars Technica

⇒How Vacuum Tubes, New Technology Might Save Moore's Law - HotHardware

表

話

編

歴
半導体
分類

P型半導体

N型半導体

真性半導体

不純物半導体

種類
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酸化物半導体

アモルファス半導体

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関連
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関連項目
pn接合

ホモ接合（英語版）

ヘテロ接合