近期，學(xué)院微納結(jié)構(gòu)電子光子與器件研究團(tuán)隊(duì)在有源調(diào)控冷陰極電子源研究取得重要進(jìn)展，研制出高開關(guān)比、高精度有源調(diào)控的分立尋址電子源器件。成果以“P-Type Doped Si-Tip with Modulation and Extraction Gates for Precise Active Control of Stable Field Electron Emission”為題，以編輯精選文章（Editors’ Picks）刊載在電子器件領(lǐng)域重要期刊IEEE Electron Device Letters，研究結(jié)果也被選為當(dāng)期封面圖像（Cover Image）；博士生陳陽為第一作者，佘峻聰教授、黃一峰副教授、鄧少芝教授為共同通訊作者。

IEEE Electron Device Letters期刊2025年第7期封面

場致發(fā)射電子源又稱為冷陰極，其工作原理是利用強(qiáng)電場誘導(dǎo)固體電子隧穿表面勢壘進(jìn)入真空，具有無需加熱、開關(guān)速度快、功耗低、亮度高、電子能量集中等優(yōu)點(diǎn)。場發(fā)射電子源在集成電路制造裝備、醫(yī)療裝備、航空航天器件等領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用。目前，冷陰極主要面臨發(fā)射電流調(diào)控精度低、電流波動(dòng)幅度大等問題。硅微尖錐是一類重要的冷陰極，具有可集成的優(yōu)勢，可利用微加工技術(shù)制備陣列化硅尖錐并行束電子源芯片，并與驅(qū)動(dòng)、控制元件片上集成。

P型硅尖錐中電子為少數(shù)載流子，場發(fā)射電流受限于襯底耗盡區(qū)熱產(chǎn)生電子供應(yīng)，為發(fā)射電流調(diào)控提供了新思路。研究團(tuán)隊(duì)提出片上垂直集成雙柵極的P型硅尖錐器件結(jié)構(gòu)，并發(fā)展“自對(duì)準(zhǔn)”工藝方法實(shí)現(xiàn)器件精準(zhǔn)微納加工。雙柵極協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)發(fā)射電流有源調(diào)控。利用低于10 V的調(diào)控柵壓實(shí)現(xiàn)了開關(guān)比高達(dá)747的發(fā)射電流調(diào)控，開態(tài)電流調(diào)控精度達(dá)到32.8 pA/mV，電流波動(dòng)小于3.7%。本工作提出的發(fā)射電流有源精控方法與常規(guī)集成平面型晶體管調(diào)控發(fā)射電流相比，具有集成度高、工藝簡單、可靠性高、調(diào)控精度高的優(yōu)勢。本工作為半導(dǎo)體電子器件與真空電子器件的混合集成提供了新方法，為解決硅尖錐冷陰極陣列尋址驅(qū)動(dòng)、電流精控、穩(wěn)定發(fā)射等核心難題提供了理論參考和技術(shù)支撐，對(duì)促進(jìn)硅尖錐電子源在新型真空電子裝備上的應(yīng)用具有重要意義。

上述研究及成果是在團(tuán)隊(duì)前期對(duì)硅尖錐冷陰極物理機(jī)制（IEEE TED, 71(8): 5034-5039）、器件結(jié)構(gòu)（IEEE TED, 69(7): 3908-3913）、微納加工（IEEE EDL, 43(3): 466-469）的研究基礎(chǔ)上開展并獲得的。

研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、光電材料與器件全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣東省顯示材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持。