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近年來,真空微電子場放射元件(Vacuum Microelectronic Field Emission Devices)由於具有一些較現行矽質金氧半場效電晶體元件(Si MOSFET Devices)更為優異的工作特性,而引起極大的注意.為了研究此一 元件之特性並獲致最佳之元件結構,一個合適的元件模擬器是不可或缺的. 在本論文中,我們發展了一個三維場放射元件模擬器,其中涵蓋了在此元件 中最主要之物理機制.我們考慮了:三維波松方程式(3D Poisson equation ),一個修正的場放射公式,電子在真空中的運動情形,及空間電 荷效應,此四項模型在本模擬器中.同時,我們亦提出了一個自我一致的 (self-consistent)模擬流程來完成此模擬器的發展.場放射二極體及場放 射三極體的電性在本論文中均被模擬.我們發現在一般情形中,約有50%的 放射電流來自射極的邊緣,此證據顯示了一個三維模擬器的必要性.當放射 的電流密度達5x10^7A/cm^2時,空間電荷效應將逐漸顯著.溫度變化對元件 的影響很小.對微米大小的元件而言,電子由射極至集極的時間約為0.1ps 到1ps.此外,元件的幾何結構對元件特性有極大的影響.在本論文中,我們 亦探討元件幾何參數對元件特性的效應.這些幾何參數包含了:射極至集極 的距離,射極之斜角,閘極和射極尖端的相對位置,及閘極開口之大小.
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