窒化ハフニウムフィールドエミッタアレイを用いた真空トランジスタの周波数特性

摘要

フィールドエミッタアレイ（FEA）を用いた真空トランジスタの開発を行った。相互コンダクタンスの改善のため、約40，000－tipのゲート電極一体型窒化ハフニウムフィールドエミッタアレイ（HfN－FEA）を作製し、その能動素子としての特性を評価した。真空トランジスタはこのゲート電極一体型HfN-FEAとコレクタ電極を合わせた三極管構造である。今回報告の真空トランジスタでは、引き出し電圧58Vにおいて、コレクタ電流1.1mA、相互コンダクタンスとして0.27mS、コレクタ抵抗として2.8MΩ、電圧増幅率として750の値を得た。また、実際に交流信号を入力した場合、100kΩの負荷から電圧利得として29dB、その周波数特性としては1MHzのGB積を得た。また、等価回路からの計算により、理論的にはGB横として36MHzの値が期待できることがわかった。%Vacuum transistors using field emitter array have been developed for a signal amplifier. We fabricated a gated 40,000-tip hafnium nitride field emitter array (HfN-FEA) and evaluated HfN-FEA as an active device. The vacuum transistor had a triode structure with a gated HfN-FEA and a collector electrode. The device exhibited a collector current of 1.1 mA, transconductance of 0.27 mS, collector resistance of 2.8 M Ω, and voltage amplification factor of 750 at the applying emitter voltage of -58 V. The vacuum transistor amplified ac signal, and voltage gain of 29 dB was obtained with a load resistance of 100 kΩ. The gain bandwidth product of 1 MHz was obtained. From the estimation of the equivalent circuit, gain bandwidth product of 36 MHz is expected with the vacuum transistor.