2.3 Сурет. Бірқалыпты p-n-өткелдің облысында таралуы.

а – донорлы және акцепторлы қоспалар; б–олардың айырмашылығы; в–көлемді зарядтың тығыздығы

Осындай өткелде электрондардың шығу жұмысының айырмашылығы p-n- облыстарында n- типті жартылай өткізгіштен p-типті жартылай өткізгіште электрондардың диффузионды ағыны пайда болады және кемтіктің аналогты ағыны, қарама қарсы жаққа бағытталған. Приконтактты облыстан электрондар мен кемтіктердің кетуі, донорлы жылжымайтын иондалған атомдармен және акцепторлы қоспалармен шарталған(2.3 сурет, в),көлемді зарядтың облысын құрады. Зарядты тасушылардың ауыстыру процессі, потенциалдардың контактты айырмасы, көлемді зарядпен құрылған, толығымен потенциалдардың компенсацияланған айырмасы болып табылған кезде, тоқтатылады. Сонымен бірге электрлік өріспен және көлемді зарядтың қабатында пайда болатын ток, толығымен, зарядтытасушылардың концентрациясының градиентіммен шарталған, диффузионды токпен компенсацияланады.

Жартылай өткізгішті құрылымда жинақтау кезінде, p-n-өткелі бар, сыртқы кернеудің U түсірілген өрістің бағытына тәуелділіктен 2.4 суретте көрсетілгендей потенциалды барьердің биіктігі, тасушы зарядтың концентрациясының таралуы және көлемді зарядтыңоблысының кеңдігіөзгереді.

2.4 Сурет. Тура (а) және кері (б) бағыттарда түсірілген, сыртқы кернеу кезіндегі, p-n-өткелдегі зарядты тасушылардың таралуы және энергетикалық диаграммасы

Сонымен бірге негізгі емес тасушылардың концентрациясы p_n және n_p көлемді зарядтың қабатының шекарасында тура жылжыту кезінде теңдік мағыналарымен р_по және n_рoсалыстырғанда мына заң бойынша артады:

Бұл басы артық негізгі емес зарядты тасушылардың пайда болуына алып келеді, инжекция деп аталатын айдау процессі.

Кері жылжу кезінде негізгі емес зарядты тасушылардың концентрациясы ұқсастық заңы бойынша теңдік мағыналарымен салыстырғанда азаяды. Негізгі емес тасушы зарядтың «отсос» процессін экстракция деп атайды.

Ассиметриялық өткелдерде инжекцияланған негізгі емес зарядты тасушылардың төменгіомдыққа қарағанда, жоғарыомды қабатта көбірек, яғни инжекция біржақты сипаттамаға ие болады.Негізгі емес зарядты тасушылар төменгіомды қабаттан – эмиттерден жоғарыомды қабатқа – базаға иежекцияланады. p-n-өткелдің вольт – амперлік сипаттамасы көлемді зарядтың қабатында рекомбинацияның мағынасы болмаса, мына формуламен суреттеледі:

мұндағы – қанығудың ток тығыздығы, және – электрондар мен кемтіктердің диффузионды ұзындығы.

(2.13) формуласынан ток тура бағытта кернеудің жоғарылауымен экспоненциальді заң бойынша өседі, ал кері бағытта сыртқы кернеуге тәуелсіз, қанығу тогына ұмтылады. Ассиметриялық өткел жағдайында , мысалы, егер п– облыс р–облыстан айтарлықтай күштірек легірленген болса, яғни кері токтың тығыздығы

Микроэлектрониканың жартылай өткізгішті құрылымдарында базаның кеңдігі жиі диффузионды ұзындықтан Lайтарлықтай аз болады. Мұндай өткелдерде инжекцияланған заряд тасушылар базада қайта әрекет жасауға үлгермейді. Бұндай жағдайда вольт – амперлік сипаттама мына теңдікпен суреттеледі:

p-n-өткелі сиымдылықты қасиетке ие болады. Кері жылжулы p-n-өткелінің барьерлі сиымдылығы жартылай өткізгішті ИМС – да конденсторларды құру үшін микроэлектроникада кеңінен қолданылады.

Диффузионды сиымдылықтығ бар болуы қажетсіз, себебі ол p-n-өткелінің импульсті және жиілікті қасиетін төмендетеді.

Жартылай өткізгіш контактілерінен – интегралды микроэлектроникада диэлектрик кремнийконтакты – кремний қышқылыерекше ықыласқа ие болады. Олар жартылай өткізгішті ИМС – да, металл – диэлектрик – жартылай өткізгіш құрылымымен конденсаторларды және оңаша бекітпелі өрістік транзисторларды құру,қос қышқылды кремний қабатымен микросхеманың үстін қорғау кезінде орынға ие болады. Мұндай контакттардың ерекшекліктері қос қышқылды кремнийдің қабатында иондалған донорлардың атомы бар және оларды алу технологиясымен шартталған. Донорлардың иондары кремний – қышқылы бөліміне жақын қышқылға назар аударған және бетіндегі оң зарядтың тығыздығымен сипатталады. Бұндай п– типті кремний жағдайында оның үстіңгі қабаты негізгі заряд тасушылармен (электрондармен) көбейеді, р – типті кремний жағдайында – негізгі тасушылармен (кемтіктермен) кемиді. Әдетте қышқылдағы заряд тығыздығына және кремнийдегі қоспаның концентрациясына тәуелділіктен кремнидің үстіңгі қабатындағы электрөткізгіштік типінің өзгеруі мүмкін, яғни инверсті каналдардың құрылуы. Кремниде қышқылды контактпен шартталған, көбейген, азайған және инверсті қабаттардың бар болуы, жартылай өткізгішті ИМС жұмысына және олардың элементтеріне елеулі ықпал етеді.

Жартылай өткізгішті құрылымдардағы беткі құбылыстар. Жартылай өткізгіштердің бетіндегі және көлеміндегі қасиеті ажыратылады, интегралды микросхемаларды құру кезінде есептеу қажет. Бұл жартылай өткізгішті құрылымдардың бетіндегі беткі энергетикалық жағдайдың пайда болуымен түсіндіріледі. Олар беткі атомдарда валентті байлланыстардың құрылмағанымен және адсорбцияланған атомдармен шақырылған, тордың бетіндегі потенциалды бұрмалаумен және барлық мүмкін беткі кешіліктермен шартталған. Осымен беткі зарядтың пайда болуы байланысты, яғни жартылай өткізгішті кристаллдың беті теріс және оң зарядқа ие болады. Сонымен, судың бетінде атомдардың кремнилі пластиналары немесе оттектің болуы теріс зарядтың , ал сілтілі (щелочных) металлдардың иондары – оңзарядтың пайда болуына алып келеді.

Беткі жағдайды толтыру кезінде, электрлі бейтарап шартпен сәйкес, жартылай өткізгіштің беткі зарядын болдыру, көлемді зарядтың беткі қабатында, осы зарядты бейтараптандыратын пайда болуымен қоса болуы керек. Бейтараптану бетіндегі зарядтың қарама қарсы белгісіне, зарядты тасушылардың белгісімен көлемді жартылай өткізгіштен үстіне тартылу және бір белгінің тасушыларының тебілу жолымен болады. Сондықтан жартылай өткізгіштің беткі қабаты негізгі заряд тасушылармен азайған немесе көбейген болып табылады.

Жартылай өткізгіштің беткі қабатында көлемді зарядтың пайда болуы осы қабатта электрлік өрістің пайда болуына әкеледі. Жартылай өткізгіштің беткі қабатының қасиеті беткі жағдайға ие, металл - жартылай өткізгіш және жартылай өткізгіш – диэлектрик контакттардың құрылымдары беткі қабаттың қасиетімен ұқсас.

Қалыптастыру процессінде немесе жартылай өткізгішті құрылымдардың жұмысы зарядтың бетінде (поверхности) пайда болатын белгіге, тасушылардың концентрациясына және жартылай өткізгіштің типіне тәуелділіктен беткі облыстағы заряд тасушылардың концентрацияның өзгеруі үш жағдайда болуы мүмкін: азаю, инверсия және көбею.