编者按
欢迎您阅读《真空科学与技术学报》此次特别策划的“真空微纳电子与器件”专刊。
真空电子学的历史可以追溯到20世纪初期，从真空管的发明开始，它便成为了电子学领域的奠基石之一。真空管不仅推动了早期无线电广播和电视技术的发展，还在雷达和电子计算机的早期应用中起到了至关重要的作用。在随后的几十年中，尽管以半导体工业为代表的固态电子技术迅猛发展，但真空电子器件依然凭借其在高频、大功率和极端环境下的优异性能，继续在特定领域中保持着重要地位。相比固态器件，真空电子器件能够在更高的电压和电流条件下工作，具有更高的输出功率和效率。此外，真空中的电子运动不会受到固态材料中晶格缺陷和杂质的影响，因此能够在极端条件下（如高温、高辐射环境）稳定运行。这使得它们在军事、航天和高能物理实验中，成为不可替代的核心组件。
近年来，微机电系统（MEMS）技术的引入，为真空电子器件的微型化和集成化开辟了新的道路。MEMS技术能够实现极小尺度的精密加工，使得真空电子器件在保持高性能的同时，大大减小了体积和功耗。这一技术的发展，不仅推动了便携式高功率器件的研发，还为未来智能化、集成化的电子系统提供了新的可能。例如，在太赫兹频段，相较于固态器件，真空电子器件已经显示出显著的优势，正逐步走向成熟并得到应用。又如随着纳米加工技术的发展，纳米真空电子器件具有更高的场发射效率和更低的功耗，在高频、高速电子器件中具有重要应用前景。纳米技术的发展，还推动了新型纳米材料（如碳纳米管、石墨烯等）在真空电子器件中的应用，这些材料在改善真空电子器件性能方面显示出极大的潜力。
此次专刊汇集了国内外在真空微纳电子与器件领域的最新研究成果和创新技术，涵盖了从基础理论到实际应用的多个方面。我们希望通过此次专刊，能够为读者带来启发，激发更多关于真空微纳电子与器件的深入研究与探索。同时，我们也期待真空电子学能够在未来继续引领技术创新，为人类社会的进步贡献更大的力量。
中山大学 陈军 张宇 沈岩 唐帅 刘飞
《真空科学与技术学报》客座编辑
专题
真空微纳电子与器件
朱韬远, 李志伟, 詹芳媛, 杨威, 魏贤龙*
真空科学与技术学报，2024, 44(9): 737-748.
DOI: 10.13922/j.cnki.cjvst.202402002
摘要：电子源是真空电子设备的核心部件，片上微型电子源是实现微型化、片上化真空电子器件的关键和基础。氧化硅水平隧穿结电子源是本课题组近几年发展的一种新型片上微型电子源，其具有发射效率高、发射电流密度大、工作电压低、能耐受粗真空和时间响应快等优点，展现出较大的应用潜力。文章将从电子发射微观过程及理论模型、阵列化集成以及在真空电子器件中的应用三个方面系统介绍氧化硅水平隧穿结电子源，并对本课题组在该方向上所做的工作进行梳理与总结。
李兴辉*, 冯进军
真空科学与技术学报，2024, 44(9): 749-758.
DOI: 10.13922/j.cnki.cjvst.202401028
摘要：真空纳米二极管和真空纳米三极管具有与传统真空管相似的基本功能，但却可以通过现有先进的微加工工艺线制造，以实现尺寸小、重量轻和高度集成，这使得它们在最近十年发展迅速。综述了真空纳米二极管和三极管的起源、发展历史和最新技术状态。介绍了典型的横向结构、垂直结构和环栅结构器件，并分析了各自优缺点。硅基器件对于成熟微加工工艺兼容性最好，但基于金属和一些宽带隙半导体材料，如碳化硅和氮化镓的真空纳米器件显示更好的电性能、耐温性和耐辐射性。尽管当今最发达的真空纳米二极管和三极管在大多数常规应用中仍然无法和固态集成电路抗衡，但它们正得到更多关注，并有望首先在高温或强辐射等恶劣环境实现应用。
姜琪*, 李兴辉, 冯进军, 蔡军, 潘攀
真空科学与技术学报，2024, 44(9): 759-767.
DOI: 10.13922/j.cnki.cjvst.202402001
摘要：太赫兹真空电子器件物理结构尺寸变化随着波长的减小而减小，对微小结构的尺寸精度与表面粗糙度要求也大大增加。随着器件频率进入到太赫兹频段，慢波结构的深度达到几十微米或者百微米量级，加工的难点主要有：材料为金属，结构超深，表面粗糙度要求达到几十纳米量级，微电铸后金属含氧量极小，结构密度大不漏气，经得起后续近千摄氏度的高温处理工艺等。本文介绍了太赫兹频段下器件慢波结构的加工方式，着重讨论利用深反应离子刻蚀（DRIE）技术和紫外−光刻、电铸（UV-LIGA）技术加工超深金属慢波结构的技术和和特点，并介绍了本实验室利用UV-LIGA加工折叠波导的研究进展。
韩攀阳*, 姜琪, 冯进军, 李兴辉, 蔡军
真空科学与技术学报，2024, 44(9): 768-778.
DOI: 10.13922/j.cnki.cjvst.202403009
摘要：基于先进的微纳加工技术制备的Spindt阴极相比于热阴极具有可以瞬时启动、工作电压低、可在常温下工作等优势。尽管Spindt阴极性能优越，但很难实现真正的实用化，归根结底在于Spindt阴极的低可靠性。近几十年来，国内外研究者致力于从结构、材料以及工艺技术方面提高Spindt阴极的场发射特性以及耐用性，除了不断提高Spindt阴极的性能以满足高功率和高频率真空电子器件的需求，也在寻找和探索其它小电流、低能量、高可靠性的应用新领域，以更好地发挥Spindt阴极的优势。文章对Spindt阴极的最新研究进展进行了综述。
刘济洲, 刘海洋, 李振军*
真空科学与技术学报，2024, 44(9): 779-784.
DOI: 10.13922/j.cnki.cjvst.202406012
摘要：纳米真空隧道结是一种重要的功能元件，（准）弹道输运机制使其具有更低的功耗和理论高达3×108 m/s的传输速度，是实现高性能电子器件的理想选择。利用一维纳米材料制备真空隧道结对于推进器件小型化和高集成具有重要意义。文章利用性质稳定的氧化锌纳米线设计并制备了一维隧道结，研究了其在静电场和超快光激发下的电子发射现象，在超快光场的驱动下实现了六次幂的非线性光发射电流和调制，有望推动一维超快纳米真空电子器件的发展。
谢彪, 吴朝兴*, 郭太良
真空科学与技术学报，2024, 44(9): 785-790.
DOI: 10.13922/j.cnki.cjvst.202311009
摘要：工作于无载流子注入工作模式下的量子点电致发光器件因其简单的结构而受到关注。由于没有外部载流子参与电致发光，揭示该器件稳定工作时所需载流子的来源对于理解器件工作机理、优化器件结构具有重要价值。文章研究了多层量子点薄膜在无载流子注入工作模式下的光电特性，实验结果表明：发光强度会随着交流驱动电压的幅度的增加迅速增加到一个最大值，然后逐渐降低；同样地，发光强度会随着交流驱动频率的增加而增加，然后逐渐降低。此外，在不同电压和频率下该发光谱具有完全相同的中心波长和半峰宽。结合量子点之间存在的绝缘有机配体环境，提出了基于内场发射原理的多层量子点无载流子注入发光模型。该研究有望为获得先进量子点发光技术提供参考。
专题文章网站链接：
敬请关注
微信服务号：真空科学与技术学报微平台
