热电子

电子学术语

半导体中的电子可以吸收一定能量（如光子、外电场等）而被激发，处于激发态的电子称为热电子。处于激发态的电子可以向较低的能级跃迁，以光辐射的形式释放出能量，这就是半导体的发光现象。

电子

电子（electron）是带负电的亚原子粒子。它可以是自由的(不属于任何原子)，也可以被原子核束缚。原子中的电子在各种各样的半径和描述能量级别的球形壳里存在。球形壳越大，包含在电子里的能量越高。

电子是在1897年由剑桥大学卡文迪许实验室的约瑟夫·约翰·汤姆森在研究阴极射线时发现的。约瑟夫·约翰·汤姆森提出了葡萄干模型（枣糕模型）。

在电导体中，电流由电子在原子间的独立运动产生，并通常从电极的阴极到阳极。在半导体

热电子简介

半导体中的电子可以吸收一定能量（如光子、外电场、加热等）而被激发，处于激发态的电子称为热电子，处于激发态的电子可以向较低的能级跃迁，如果以光辐射的形式释放出能量，这就是半导体的发光现象。

热电子效应

由于在器件尺寸缩小的过程中，电源电压不可能和器件尺寸按同样比例缩小，这样导致MOS器件内部电场增强。当MOS器件沟道中的电场强度超过100kV/cm时，电子在两次散射间获得的能量将可能超过它在散射中失去的能量，从而使一部分电子的能量显著高于热平衡时的平均动能而成为热电子。高能量的热电子将严重影响MOS器件和电路的可靠性。

热电子效应主要表现为以下三个方面：

（1）、热电子向栅氧化层中发射；

（2）、热电子效应引起衬底电流；

（3）、热电子效应引起栅电流。

随着短沟道Si MOSFET的热载流子对氧化层和界面的损害已经得到了广泛而深入的研究，热载流子效应也已经成为了Si器件可靠性的重要问题。由于III—V族微波场效应管是不需要栅氧化的，因此，热电子的退化通常会被忽略，而且很少会被注意到热电子在钝化层或异质结界面上产生的损害。然而，应用在功率微波放大器中的MESFET的沟道越来越短，已经达到亚微米级。而且，为了获得最大的功率增益或效率。RF功率场效应管通常都是工作在过驱动的状态下，这时栅漏区就会产生很高的电场。可以观察到明显的热电子现象，如光发射和碰撞电离。在大功率的应用状态下，高能量载流子的存在将成为功率MESFET不稳定的主要原因，热电子引起的退化成为器件退化的主要因素。

热电子发射

热电子发射是通过加热的方式使固体内部电子的动能增加，以致有一部分电子的动能大到足以克服表面势垒而逸出体外，形成电子发射。

最初的热阴极材料是纯金属阴极，后来出现了原子膜阴极，再后来发展到氧化物阴极。氧化物阴极由于其高发射率而得到广泛应用，但随着科学技术的发展，氧化物阴极由于自身的缺陷而不再满足科技发展的需要，这就迫使人们开始寻求发射效率更高、工作温度更低、稳定性更好、寿命更长的热阴极材料。许多其他类型的热阴极材料如储备式阴极和稀土金属氧化物阴极得到了发展和应用。

钨热电子发射材料主要用作微波管、阴极射线管、等离子体装置和电子束设备的阴极，是电子产生的源泉，它的研究与应用已有多年历史。

稀土氧化物-钨热电子发射材料具有优越的发射性能，并可解决阴极材料的放射性污染，对综合性能更优的复合稀土氧化物-钨热电子发射材料需要进一步深入研究。随着纳米技术的发展，纳米复合氧化物-钨热电子发射材料是钨热电子发射材料研究的热点。在发射过程中，如何保证发射电流的稳定性、均匀性是热发射研究的又一个研究方向。

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。

最早的热电子器件是两个金属—氧化物—金属(MOM )的结构组成。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。

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