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[2019年IEEE第46届光伏专家会议（PVSC）- 美国伊利诺伊州芝加哥（2019.6.16-2019.6.21）] 2019年IEEE第46届光伏专家会议（PVSC）- 通过原位电子设备对子串级光伏组件的性能与衰减评估

DOI：10.1109/PVSC40753.2019.8980723 出版年份：2019 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 我们报道了一种硅场发射阵列（FEA），其在栅极-发射极电压低于75V时能实现超过100A/cm2的电流密度。这是目前半导体FEA报道的最高电流密度，已接近Spindt型金属阴极的水平。我们通过采用新型器件结构实现这一成果——将高纵横比硅纳米线限流器与每个发射尖端串联，从而解决FEA中的主要失效机制。这些限流器通过抑制焦耳热导致的发射尖端失效，显著提升了器件可靠性。我们运用创新工艺制备出与场发射尖端自对准的小尺寸栅极孔径（约350纳米），使器件能在栅极-发射极电压低于75V的条件下实现超过100A/cm2的工作电流密度。该FEA展现的性能有望推动更小型化、更高效率及大功率真空电子器件的发展。
作者： Stephen A. Guerrera，Akintunde I. Akinwande
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

报道了硅场发射阵列（FEAs），其在栅极-发射极电压<75 V时展现出>100 A/cm2的电流密度，解决了FEAs中的主要失效机制，从而实现了更小、更高效的高功率真空电子器件。

研究成果

一种新器件架构使硅场发射阵列在栅极电压VG E < 75 V条件下（阵列规模从单尖端到2500个发射体），能实现超过100 A/cm2的直流场发射电流密度。柱顶式结构结合厚介电薄膜提升了可靠性，防止了高性能尖端的失效，从而改善了发射均匀性、高电流稳定性及整体性能。

研究不足

由于设计旨在实现高电流，在正常直流运行期间这些设备未显示出明显的限流证据。在栅极-发射极电压超过70V时，50×50阵列中观察到的阳极电流饱和现象是由于电子离开发射极尖端后转向栅极所致，这表明阳极电场不足。

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