2.5 Сурет. Оңзарядтың бетінде бар болуы (б– г) және бетіне жақын кезде жоқ болуы (а)планарлыp-n-өткелінің құрылымы.

Жартылай өткізгіштің бетінде электрлік қасиеті қосаның көлемді концентрацияларымен емес, беткі зарядтың шамасымен анықталатын облыстары бар. Бұндай облыстардың бар болуы ИМС және жартылай өткізгіштің құрылымының параметрлеріне және көптеген қасиеттеріне (электрөткізгіштігіне, шығу жұмысына) елеулі ықпал етеді.

Мысал ретінде планарлы p-n-өткелінің жұмысына беткі оң зарядтың әсерін қарастырамыз. Бетіндегі зарядтың жоқ болуы кезіндегі p-n-өткелінің құрылымы 2.5, а суретте көрсетілген. Бетінде оң зарядтың бар болуы кезінде р- типті кремниге жасалған (образовавшийся) жүдеу (оьедненный) қабат алдынғы вертикальді қабатпен бірігеді (2.5, б сурет). Сонымен бірге қосынды аудан және жүдеу қабаттың көлемі артып, p-n-өткелде кері токтың артуына алып келеді.

Егер р- типті кремниге жүдеу қабатпен қатар n- типті инверсті канал пайда болса (2.5, в сурет), онда ол p-n-өткелінің n-қабатымен бірігеді. Бұл жағдайда жүдеу қабат өткізетін каналдың бетінен бөлініп шыққан. Мұндай канал p-жәнеn-облыстарына омдық контактілер арасында өтетін облысты құруға қабілетті (2.5, г сурет). Сонымен қатар каналдың бар болуы кернеуді төмендетеді, және де p-n-өткелі арқылы токтың тұрақтылығына әсер етеді. Беткі оң зарядтың тығыздығы жоғары болған сайын, каналдың маңызды болуына қарағанда, p- облыстағы қоспалардың (акцепторлардың) концентрациясы азырақ.

Беткі құбылыстардың пайда болу мүмкіндіктерінен ИМС және жартылай өткізгішті элементтердің сәтті және сенімді жұмысы жартылай өткізгішті құрылымдардың бетіндегі тұрақтылығына және оны қоршаған ортасынан қорғау сапасына толығымен тәуелді. Бұл технологиялық процесске анық талаптарды қойдырады.

Беткі құбылыстар, оған сыртқы электр өрісін қолдану (приложение) жағдайында микроэлектронды құрылымдарда оң секілді қолданылады. Олар көлденең электрлік өрістің әсерімен жартылай өткізгіштің электрөткізгіштігін өзгертеді. Сонымен бірге құрылым, бетіне диэлектриктің жұқа қабатын кезекті металлдық электродпен жағылатын, жартылай өткізгішті материалдың қабаты болып саналады. Мұндай құрылымдар жеке бекітпелі МДП - транзисторларды құру негізіне орнатылған.

Пленкалы құрылымдарда заряд тасушыларды көшірудің механизмдері. Пленкада электрлі ток әр түрлі заряд тасушыларды көшіру есебінен ағуы мүмкін: электрондардың, кетіктердің, иондардың. Пленкалы элементтердің қасиеті ондағы токтың өтуі механизмімен анықталады. Токтың өту механизмі пленкалы элементтің жұмыс принципін де түсіндіреді. Тәжірибеде бірден бірнеше токтың өту механизмдері жиі жүзеге асады.

Пленкалы құрылымдарда алынған классификациямен сәйкес келесі токтарды ажыратады:

диэлектрлі және жартылай өткізгішті пленкаларда барьерлі (шотткалық) эмиссия есебінен;

жұқа диэлектрлі және жартылай өткізгішті пленкалар арқылы электрондардың туннельді өтуі есебінен;

диэлектрлі пленкаларда термоэлектрлі эмиссия есебінен

диэлектрлі пленкаларда кеңдік зарядпен шектелген;

диэлектрлі пленкаларда электрондардың аз қозғалғыштығымен;

диэлектрлі және жартылай өткізгішті пленкаларда қоспалар бойынша өткізгіштік есебінен;

жұқа металлдық пленкаа арқылы қозған электрондардың өту есебінен.

Осы токтардың бірнешеуінің ерекшеліктерін қарастырамыз.Барьерлі (шотткалық) эмиссияныңтоктары бір металлдық электродтан басқасына жартылай өткізгішті немесе диэлектрлі қабат арқылы пайда болады және төменгі потенциалды барерде және жоғары температурада салыстырмалы артығырақ болып табылады.

Кеңдік зарядпен шектелген токтар (токи органиченные пространственным зарядом (ТОПЗ)) металл -диэлектрик (немесе жоғарыомды жартылай өткізгішті – металл) құрылымында, контакт аз потенциалды барьердің биіктігіне ие болған жағдайда пайда болады. Сонымен бірге металлдан жартылай өткізгішке электрондардың инжекциясы пайда болады. Диэлектрлі (жартылай өткізгішті) пленкаларда ақаулардың (дефект) жоғары тығыздығы байқалады, қозғалғыш заряд тасушылардың тұзақтың рөлін ойнайтын, осы ақаулармен алынуы мүмкін. Тұзақтармен алынған тасушылар зарядтарды көшірмейді, диэлектрик (жартылай өткізгішті) арқылы токты шектейтін, қозғалмайтын кеңдік заряд құрады.

ТОПЗ қарастырған кезде екі металлдық электродты инжекциялаған (двойная инжекция) және бір электрод шегінде инжекция жүзеге асқан(одностронняя инжжекция) кездегі жағдайларды ажыратады. Біржақты инжекция, егер бір контакттағы потенциалды барьердің биіктігі басқадағы потенциалды барьердің биіктігінен айтарлықтай ерекшеленсе пайда болады.

Екі еселі инжекция симетриялыда немесе оның құрылымына жақын байқалады. Сәйкес металлдық электродтардың материалдарын таңдауда құрылымға тура жылжуға қосымша бір контакттан және кемтіктен – басқасынан электрондарды диэлектрикте біруақытты инжекцияға шақырады. Сонымен бірге құрылым N- немесеS-типті вольт – амперлі сипаттамаға ие болады. ТОПЗ бен құрылым негізінде әр түрлі пленкалы элементтер құрылуы мүмкін, соның ішінде әр түрлі функцияны орындайтын, активті.

Туннельді механизм жұқа диэлектрлі қабат арқылы электрондардың өтуі болуы мүмкін және диэлектриктің пленкасында заряд тасушылардың аз концентрация кезінде, төмен температурада және аз қалыңдықты пленкада артығырақ болады.

Диэлектриктерге және жартылай өткізгіштерге импульсті қолдану кезінде бөлінген металлдық пленкамен, күшті өтістерде, тең заряд тасушылардың орташа энергиясын айтарлықтай жоғарылататын, қозған электрондар пайда болады. Металлдық пленкаға электрондарды енгізу әр түрлі механизмдермен – туннельдеумен, инжекциямен жүзеге асуы мүмкін. Электрондар белгілі энергияға ие болып, шашыраусыз жұқа металлдық пленкадан өтеді.

Қаралған заряд тасушыларды көшіру механизмдері әр түрлі пленкалы құрылымдарды құру кезінде, соның ішінде металл – диэлектрик – металл – жартылай өткізгіш қиын типіндеқолданылады.