Полевой эффект и его применение (стр. 2 из 19)
где
- фазовый сдвиг между приложенными напряжениями. При малых изменениях проводимость может быть записана следующим образом: 
(3в)где θ'- фазовый сдвиг электропроводности по отношению к
В.Ток вдоль образца при напряжении 
будет 
(4) 
(5)Обычным приемом теории переменного тока можно расширить простое определение (1)
, представляя как комплексное число, модуль которого равен отношению амплитуд двух синусоидальных величин 
1и 
, а аргумент равен фазовому сдвигу между двумя синусоидами. Из уравнения (2) следует, что величина 
эф 
2 
В, аиз уравнения (3) видно, что равна θ'. Из изложенного и уравнения (5) следует 
2) 
(6)Это основное соотношение между
и экспериментальными величинами.В случае использование схемы, показанной на рисунке 1
0, когда 
(т.е. ниже нескольких МГц в этих опытах). Для этого диапазона частот из уравнения (6) видно, что измерения дают 
, т.е. действительную часть . На практике верхняя часть частот определяется условием 
. Вблизи этой частоты ток смещения через емкость, индуцируемый напряжением В, сравним с продольным током от напряжения А (ток и напряжение изменяются вдоль образца), и величиной ни в коем случае нельзя пренебречь. В этой области частот единственным способом оценки является расчет распределения тока и напряжения с последующим интегрированием их произведения вдоль образца. Выше этой области частот такие расчеты становятся не реальными, потому что они критически зависят от симметрии распределения токов, которое трудно в этом случае определить.Для достижения диапазона высоких частот, поле ограничивалось участком образца около центра, а последовательно с пластиной был помещен небольшой конденсатор. Обе эти меры уменьшили отклонения гальванометра, но зато увеличили верхнюю границу частот
Таким образом, была рассмотрена зависимость эффективной подвижности в германии p-типа в расширенной области частот (рисунок 2).[8,10]
Перед снятием зависимости поверхности образца были протравлены в течение 1 мин в СР-4,
Измерения проводились в сухом кислороде, влажном воздухе, а так же в озоне.
В сухом кислороде наблюдалось уменьшение времени жизни, а также уменьшение эффективной подвижности. Следует отметить тот факт, что независимо от среды, и не зависимо от числа повторяемых циклов, наблюдались лишь незначительные изменения эффекта поля.
 |
В результате различного вида обработок, наблюдалось разрушение инверсионного слоя, что приводило к уменьшению эффекта поля.
При частотах порядка нескольких сотен Герц между быстрыми поверхностными состояниями, зоной проводимости и валентной зоной устанавливается равновесие. При частотах в области сотен килогерц наблюдается квазиравновесие между быстрыми поверхностными состояниями и ближайшей зоной. С некоторыми оговорками, касающимися надежности данных при частотах выше 10 МГц, можно по крайне мере предполагать, что время, требуемое для установления квазиравновесия между быстрыми состояниями и одной из зон, порядка
106)= 10-8 сек.На сегодняшний день актуальным является нахождение методов расширения диапазона частот [8].
Полевой транзистор (ПТ) был изобретен за много лет до классических работ Бардина, Браттэна, Пирсона и Шокли конца 40-х годов, приведших к созданию точечного и биполярного транзисторов. Еще в 1925 и 1926 гг. Дж. Е. Лилиенфельд подал заявки в патентные бюро Канады и США, озаглавленные «Метод и прибор управления электрическими токами» [1], в которых он предложил полупроводниковый прибор с управляющим электродом. В 1935 г., независимо от Лилиенфельда, О. Хейл [2] описал тонкопленочный полевой прибор с одним и двумя затворами. Серьезные исследования в этом направлении не были осуществлены в то время из-за недостаточного уровня развития физики поверхности полупроводников.
Работы, выполненные в лабораториях «Бэлл Телефон» в конце 40-х годов, были первоначально направлены на создание полевого прибора. Однако результаты, полученные Шокли и Пирсоном [3] в 1948 г., разочаровали исследователей. В экспериментах использовались тонкие германиевые пленки, изолированные от управляющего электрода (затвора) тонкой пленкой слюды. Изменение проводимости германия в функции потенциала затвора регистрировалось с помощью двух электродов, присоединенных к образцу. Наблюдавшаяся модуляция проводимости была значительно меньше ожидаемой, поскольку большая часть («90%) индуцированного заряда захватывалась поверхностными состояниями. В результате этих экспериментов, а также вследствие изобретения точечных и биполярных транзисторов интерес к исследованию приборов с полевым управлением несколько угас, однако проведенная работа явилась большим вкладом в развитие физики поверхностных явлений.
В 1952 г. Шокли [4] дал теоретическое описание активного прибора нового типа, названного им униполярным полевым транзистором. Принцип действия его, в отличие от биполярного транзистора, основан на модуляции тока основных носителей.
Модуляция тока осуществлялась изменением толщины проводящего канала путем расширения или сужения обедненной области р-n-перехода. Вредное действие поверхностных ловушек было исключено тем, что проводящий канал располагался достаточно далеко от поверхности полупроводника.
Основным преимуществом этого прибора являлось высокое входное сопротивление за счет включения управляющего р-n перехода в запорном направлении. Однако трудности изготовления униполярного транзистора при существовавшем уровне техники были весьма значительными,- и несмотря на то, что вскоре после опубликования работы Шокли были описаны приборы, изготовленные на кремнии и германии, широкого практического применения они не нашли. Ситуация изменилась с появлением технологии маскирования, диффузии и эпитаксиального наращивания, позволившей изготовлять качественные полевые приборы с хорошей воспроизводимостью параметров.
Интерес к полевым транзисторам с изолированным затвором оживился после успешных экспериментов Аталлы и др. [5] по пассивации поверхности кремния наращиванием слоя окисла. В этих опытах была получена достаточно низкая плотность поверхностных состояний, ответственных за захват заряда, наведенного управляющим электродом. В 1960 г. Канг и Аталла [6] предложили использовать структуру металл — окисел — полупроводник (МОП), в которой металлический электрод управлял проводимостью между двумя обратно смещенными диодами, расположенными на поверхности полупроводника. Этот прибор, названный МОП-транзистором, в дальнейшем был усовершенствован Хофштейном и Хайманом [7], которые описали транзисторы, работающие в режиме обогащения или обеднения, в зависимости от напряжения, на затворе. Большой вклад в развитие теории полевого транзистора был сделан Иантоллой, Моллом и Са [8, 9].
Параллельно с этими разработками велись исследования другой разновидности полевых приборов, использующих тонкие поликристаллические полупроводниковые пленки. Первый пленочный полевой транзистор (ППТ) был разработан Ваймером с сотрудниками [10] в лаборатории фирмы «Рэдио корпорейшн оф Америка». Впоследствии было исследовано достаточно большое количество структур с применением различных полупроводниковых материалов, однако проблемы захвата заряда и стабильности параметров для них еще полностью не разрешены. Вследствие этого тонкопленочные транзисторы не используются так широко, как приборы с МОП-структурой.
1.3 Полевой транзистор с управляющим р—n-переходом (ПТУП)
Схематическое изображение ПТ с управляющим р-n переходом (униполярный транзистор Шокли) приведено на рис. 3 .