熱電子

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半導體中的電子可以吸收一定能量（如光子、外電場等）而被激發，處於激發態的電子稱為熱電子。處於激發態的電子可以向較低的能級躍遷，以光輻射的形式釋放出能量，這就是半導體的發光現象。 MOS器件溝道中的電場強度超過100kV/cm時，電子在兩次散射間獲得的能量有可能超過它在散射中失去的能量，這會使一部分電子的能量顯著高於熱平衡時的平均動能而成為熱電子。高能量的熱電子會嚴重影響MOS器件和電路的可靠性。

中文名:熱電子

外文名:thermoelectron

定 義:處於激發態的電子稱為熱電子

現 象:以光輻射的形式釋放出能量

學 科:工程技術

產生效應:熱電子效應

目錄

電子

電子（electron）是帶負電的亞原子粒子。它可以是自由的(不屬於任何原子)，也可以被原子核束縛。原子中的電子在各種各樣的半徑和描述能量級別的球形殼裡存在。球形殼越大，包含在電子裡的能量越高。

電子是在1897年由劍橋大學卡文迪許實驗室的約瑟夫·約翰·湯姆森在研究陰極射線時發現的。約瑟夫·約翰·湯姆森提出了葡萄乾模型（棗糕模型）。 ；

在電導體中，電流由電子在原子間的獨立運動產生，並通常從電極的陰極到陽極。在半導體材料中，電流也是由運動的電子產生的。但有時候，將電流想象成從原子到原子的缺電子運動更具有說明性。半導體裡的缺電子的原子被稱為空穴（hole）。通常，空穴從電極的正極"移動"到負極。

熱電子

半導體中的電子可以吸收一定能量（如光子、外電場、加熱等）而被激發，處於激發態的電子稱為熱電子，處於激發態的電子可以向較低的能級躍遷，如果以光輻射的形式釋放出能量，這就是半導體的發光現象。

熱電子效應

由於在器件尺寸縮小的過程中，電源電壓不可能和器件尺寸按同樣比例縮小，這樣導致MOS器件內部電場增強。當MOS器件溝道中的電場強度超過100kV/cm時，電子在兩次散射間獲得的能量將可能超過它在散射中失去的能量，從而使一部分電子的能量顯著高於熱平衡時的平均動能而成為熱電子。高能量的熱電子將嚴重影響MOS器件和電路的可靠性。

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熱電子效應主要表現為以下三個方面：

（1）、熱電子向柵氧化層中發射；

（2）、熱電子效應引起襯底電流；

（3）、熱電子效應引起柵電流。

隨着短溝道Si MOSFET的熱載流子對氧化層和界面的損害已經得到了廣泛而深入的研究，熱載流子效應也已經成為了Si器件可靠性的重要問題。由於III—V族微波場效應管是不需要柵氧化的，因此，熱電子的退化通常會被忽略，而且很少會被注意到熱電子在鈍化層或異質結界面上產生的損害。然而，應用在功率微波放大器中的MESFET的溝道越來越短，已經達到亞微米級。而且，為了獲得最大的功率增益或效率。RF功率場效應管通常都是工作在過驅動的狀態下，這時柵漏區就會產生很高的電場。可以觀察到明顯的熱電子現象，如光發射和碰撞電離。在大功率的應用狀態下，高能量載流子的存在將成為功率MESFET不穩定的主要原因，熱電子引起的退化成為器件退化的主要因素。

熱電子發射

熱電子發射是通過加熱的方式使固體內部電子的動能增加，以致有一部分電子的動能大到足以克服表面勢壘而逸出體外，形成電子發射。

最初的熱陰極材料是純金屬陰極，後來出現了原子膜陰極，再後來發展到氧化物陰極。氧化物陰極由於其高發射率而得到廣泛應用，但隨着科學技術的發展，氧化物陰極由於自身的缺陷而不再滿足科技發展的需要，這就迫使人們開始尋求發射效率更高、工作溫度更低、穩定性更好、壽命更長的熱陰極材料。許多其他類型的熱陰極材料如儲備式陰極和稀土金屬氧化物陰極得到了發展和應用。 鎢熱電子發射材料主要用作微波管、陰極射線管、等離子體裝置和電子束設備的陰極，是電子產生的源泉，它的研究與應用已有多年歷史。

稀土氧化物-鎢熱電子發射材料具有優越的發射性能，並可解決陰極材料的放射性污染，對綜合性能更優的複合稀土氧化物-鎢熱電子發射材料需要進一步深入研究。隨着納米技術的發展，納米複合氧化物-鎢熱電子發射材料是鎢熱電子發射材料研究的熱點。在發射過程中，如何保證發射電流的穩定性、均勻性是熱發射研究的又一個研究方向。

熱電子晶體管

像常規的雙極晶體管是依靠電子和空穴來工作的一樣，熱電子晶體管是依靠冷電子（與晶格熱平衡的電子）和熱電子來工作的。冷電子提供器件中不同層的電導，熱電子攜帶輸入信息，並使之在器件中放大。 最早的熱電子器件是兩個金屬—氧化物—金屬(MOM )的結構組成。中間的金屬層作為晶體管的基區，這個區域足夠薄，允許電子准彈道輸運，因為金屬的電導率很高，避免了基區的高阻現象。但是由於金屬中熱電子平均自由程短，金屬和氧化層內的電子波函數差異比較大，這種器件的電流增益很低。這種器件沒有製成更主要的原因是工藝上的問題，因為要製造適當厚度的無針孔的金屬層和氧化物層是非常困難的。