[科普中国]-热电子晶体管

像常规的双极晶体管是依靠电子和空穴来工作的一样，热电子晶体管是依靠冷电子（与晶格热平衡的电子）和热电子来工作的。冷电子提供器件中不同层的电导，热电子携带输入信息，并使之在器件中放大。

简介热电子晶体管是依靠热电子携带输入信息,并使之在器件中放大的。这种器件具有工作速度高,使用一个元件就可以完成某种复杂的逻辑功能等优点。1

热电子晶体管原理这种器件的典型结构很类似于双极晶体管，也具有发射区(E)、基区(B)和集电区(C)，两者的根本差别在于，在热电子晶体管的基区两侧各有一个势垒与发射区和集电区相连,势垒的作用是把冷电子束缚在它们各自的区域内，从发射区注入到基区的热电子具有足够大的能量穿过集电区的势垒，几乎与集电极电压无关，因此这种器件具有很高的输出阻抗R0。

最早的热电子器件是两个金属—氧化物—金属(MOM )结构组成的MOMOM 结构。中间的金属层作为晶体管的基区，这个区域足够薄，允许电子准弹道输运，因为金属的电导率很高，避免了基区的高阻现象。但是由于金属中热电子平均自由程短，金属和氧化层内的电子波函数差异比较大，这种器件的电流增益很低。这种器件没有制成更主要的原因是工艺上的问题，因为要制造适当厚度的无针孔的金属层和氧化物层是非常困难的。

几种典型的热电子晶体管近年来用突变异质结制造的隧道热电子输运放大器件(THETA)的出现，标志着热电子器件的发展达到了新的水平。THETA的应用主要有两个方面，其一，这种器件可以作为研究热电子输运的有用工具，这些研究包括电子弹道输运的证实，谷间跃迁能谱的观察，电子干涉效应的观察等，其二这种器件可以作为放大器件在电路中使用。

RHET是在THETA基础上发展起来的，两者不同之处在于：THETA的注入器是单势垒，RHET的注入器是双势垒，即所谓共振隧道势垒。在共振隧道势垒中从发射区注入电子的能量是单值的，由于RHET表现出负阻特性，在逻辑电路中，使用一个这样的器件就可以代替几个常规器件。

在电荷注入晶体管（CHINT)中，热电子注入的原理是基于控制由势垒隔开的两个导电层之间热电子的实空间输运(RST)。实空间输运的概念描述的是在窄半导体层中的电子在平行于层的电场下加速，获得高的平均能量(变热)，然后越过能量势垒到相邻导电层上。

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所