论文：Review of Electron Emission and Electrical Breakdown in Nanogaps

作者：Yimeng Li, Lay Kee Ang*, Bing Xiao, Flyura Djurabekova, Yonghong Cheng, and Guodong Meng*

主要内容：

随着微纳电子器件物理尺寸的不断减小以及集成度的提高，它们面临着极端高场强下的绝缘可靠性问题。纳米间隙由于其距离小于电子平均自由程，被视为广义上的真空，利用纳米间隙沟道可以将真空器件的弹道传输、耐极端环境、高频率/功率输出与固态器件高集成度、低功耗等优点相结合实现超高速晶体管、太赫兹放大器等，在航空航天、国防等高端领域具有广阔的应用前景。然而，要将该技术应用于实际中还需要解决制造成本、稳定性、集成技术等方面的难题，且由于纳米尺度新效应、新现象（量子效应、纳米尺寸效应等）的存在，纳米尺度间隙的物理特性以及电子输运机制也尚不明确。

近日，团队受邀在《等离子体物理》（Physics of Plasma）上发表题为《纳米间隙电子发射与电气击穿的研究进展》（Review of Electron Emission and Electrical Breakdown in Nanogaps）综述文章，并被主编推选为特色文章（Featured Article），且被美国AIP Publishing等以“Electrical breakdown characteristics of nanogaps”为题进行报道。该文章从强电场作用下场发射体的生长、场发射体的电子发射与热失控以及等离子体形成等整个纳米间隙的击穿过程出发，总结了最新的纳米间隙电子发射理论，纳米尺度电子发射和电击穿的实验结果以及高电场作用下金属纳米电极或表面纳米突起形貌演化的原子模拟研究进展，重点讨论了纳米间隙下的空间电荷效应、量子效应、纳米尺寸效应以及“强电场与电极材料”的相互作用等。评审专家评价该文章：“The article is important and impactful, and captures the important development of matching emission physics to the physical modification of the surface under the aforementioned intense fields”。此次综述的发表，对于推动纳米间隙电子发射特性、击穿特性、等离子体特性等研究，特别是电场与电极材料相互作用方面的研究具有重要意义，为未来微纳电子器件设计、生产、应用奠定理论基础。

全文链接：https://doi.org/10.1063/5.0202607

Scilight（美国AIP Publishing）链接: https://doi.org/10.1063/10.0025829

合作者信息：

新加坡科技设计大学Lay Kee Ang教授，研究方向是应用物理、电气工程和计算建模等广泛领域的理论和模型的发展，研究重点是应用物理中的电子发射、电接触的电荷注入和输运、基于量子材料的电子学和光子学、基于人工智能的设计和复杂性的分数建模。被评为IEEE Fellow, IOP Fellow、IEEE NPSS distinguished Lecturer、Top 2% Scientist in Applied Physics (since 2021)等。

西安交通大学肖冰教授，研究方向为材料电子、晶格传导性质的第一性原理计算；能量转换材料如热电材料、新型光电转换材料第一性原理设计与性能预测；极端条件下（高温、高压）凝聚态物质状态方程与相变的量子力学计算与预测；强电场作用下原子分子尺度材料形变与损伤机制的分子动力学模拟与仿真。

芬兰赫尔辛基大学Flyura Djurabekova教授，致力于基于计算物理学揭示原子和纳米级复杂现象，包括高电场与电极材料之间的相互作用、极端条件下纳米材料的行为研究。

基金资助信息：国家自然科学基金面上项目（51977169）、中央高校基本科研业务费（xtr062023001）以及A*STAR AME IRG（A2083c0057）。