§ 8.4. Диэлектрлік электроника
Микроэлектроникада металл мен диэлектриктің жіңішке пленкасы кең қолданылады. Жіңішке пленкаға өткен кезде көлемді структуралар мен үлгілерде көрінбейтін жаңа құбылыс пен заңдылықтар пайда болады. Аз шығыс жұмысына ие металл мен металлдық емес қатты дененің контактісі кезінде контактілік аймақ металлдан эмиттерленген еркін заряд тасушыларымен көбейеді. Көлемді үлгіде (в массивных образцах) электрлік өткізгішпен көтерілген бұл жіңішке контактілік аймақтар дене көлеміндегі еркін заряд тасушылар концентрациясымен анықталатын токтық режимге ықпал етпейді. Жіңішке пленкада эмиттерленген заряд тасушылары токтық құбылыстың заңдылықтарын анықтай отырып барлық көлемде басым бола алады. Заряд тасушылардың таралуы теориясымен қарайтын болсақ, кез келген металлдық емес қатты дене қалың қабатта – шалаөткізгіш, жіңішке қабатта – диэлектрик.
Металлдық емес қатты денедегі эмиссионды токтың ағып өтуімен байланысты эффекттер шалаөткізгішті физикада да, диэлектрик физикасында да қамтылмайды. Бұл құбылыстардың заңдылығы, сонымен қатар приборлық және схемалық өңдеулернегізінен қатты дене және электроника физикасының жаңа бөлімінің – диэлектрлік электрониканың мазмұны құрылады.
Егер, екі металлдық электрод арасына жіңішке (1 – 10 мкм) диэлектрлік пленка орналастыратын болсақ, онда металлдан көшуші электрондар кернеу мен барлық пленка қалыңдығын толтырады және мұндай жүйеге қосылғандар диэлектрикте ток тудырады.
Диэлектрлік электроника туннельдік эмиссия кезінде және металл мен шалаөткізгіштен тұратын термоэлектронды эмиссия кезінде диэлектрикте көлемді зарядпен шектелген токтардың ағып өтуін қарастырады.
8.20 – сурет. Диэлектрлік диодтың структурасы:
1 – сток (Au); 2 – пленкаCdS; 3 – исток (In); 4 - подложка
Сипаттамалары бар диодтар мен транзисторлар, аналогты сипаттамалары бар электровакуумды приборлар диэлектрлік электрониканың қарапайым приборлары болып табылады. Диэлектрлік диод өз алдына пленкалы структуралы металл – диэлектрик – металлды білдіреді (8.20 - сурет). Диэлектрлік диодтың жұмыс істеу принципі электровакуумды және шалаөткізгішті диодтың жұмыс істеу принципінен ерекшеленеді. Диэлектрлік диодта түзеткіш эффект сток пен истоктан шығатын жұмыс ерекшлігімен анықталады және өте аз шығыс жұмысы бар материалдан жасалған диэлектрик контактке өаптау есебінен едәуір бас тарта алады. Сондықтан, белгілі бір бағытта үлкен токтар пайда болады, ал кері бағытта – жоғалушы аз токтар. Диэлектрлік диодтың түзету коэффициенті 104 дейін жетеді және одан жоғарыға.
Диэлектрлік транзисторда басқарушы электрод (затвор) исток пен сток арасындағы диэлектриктің жіңішке қабатында орналасқан. Транзистордың кейбір типтерінде диэлектриктің ролін ойнайтын (8.21 – сурет), кемтіктік электрөткізгіштігі бар р – типті жоғарыомды шалаөткізгіште электронды электрөткізгіші бар п – типті шалаөткізгіштен эмиссия болады. Жоғары кемтіктік электрөткізгіштігі бар р – типті шалаөткізгіштен құралған төменомды аймақ электровакуумды триодтың торларының металлдық ұяшықтарының ролін атқарады. Бұл аймақтарға берілетін сыртқы кернеу исток пен сток арасында ағып өтетін ток мөлшерін басқарады.
Диэлектрлік транзистордың басқа түрінде (8.22 - сурет) затвор CdS диэлектриктен бөлен орналасады; оның ролі ток мөлшеріне әсер ететін диэлектриктегі потенциалдың таралуының өзгеруіне сәйкес келеді. МДП (металл – диэлектрик - полупроводник) және МОП (металл – окисел - полупроводник) структураларының изолирленген затворы бар транзисторлар кең таралған.
8.21 – сурет. Диэлектрлік транзистор (горизонталды кесу)
8.22 – сурет. Изолирленген затворы бар диэлектрлік транзистордың структурасы
Диэлектрлік электрониканың приборлары шалаөткізгіштер мен электровакуумды приборлардың артықшылықтары және оның көптеген кемшіліктер мұқтаждығының қатарын байланыстырады. Бұл приборлар микроминиатюралық, азинерционды, жоғары жиілікті сипаттамаға, шуылдың төменгі деңшейіне ие, температура мен радиация өзгерісіне сезімталдығы аз болады.