книги из ГПНТБ / Маркова В.Н. Малютки ПТ

сителях и имеющие участок отрицательного сопротивления на вольт-амперной характери­ стике входа. Один из них, опытный прибор несистор, по конструкции — сплавной р-п-п+ триод, изготовляется следующим образом.

На одной стороне пластинки германия вплавляется массивный выпрямляющий кон-

Рис. 26. Канальные кремниевые триоды, соединенные последова­ тельно в одном кристалле.

такт — р-п переход, с противоположной сто­ роны намного меньший по диаметру полуоми­ ческий контакт — п-п+ переход. Рабочий ток— это ток неосновных носителей, ток дырок, воз­ никающих при тепловой генерации. Отрица­ тельное напряжение подается как на р-п, так и на п-п+ переход; дырки распределяются между обоими электродами в зависимости от величины их потенциалов, р-п переход в каче­ стве затвора может запереть второй переход. Но по мере роста отрицательного напряжения «барьер», созданный "затвором, уменьшается. При каком-то значении напряжения на п-п+ переходе ток резко возрастет, снизив сопро­

тивление входа (переход п-п+-база). В резуль­ тате на входе возникнет отрицательное сопро­ тивление.

К полевым триодам, работающим на не­ основных носителях, относятся: деплистор, сплавной р+-і-п+ триод с переходами на гер­ мании, имеющими почти собственную прово­ димость; триод, по конструкции аналогичный сплавному (см. рис. 12), с одним переходом менее высоковольтным, чем другой, и др. Не­ достатки канальных триодов: большое сопро­ тивление насыщения и наличие двух батарей с высоким напряжением.

М е т а л л о о к с и д н ы е к а н а л ь н ы е т р и о д ы . Успехи, достигнутые в получении тонких окисных пленок от нескольких анг­ стрем до микрометра, дали возможность скон­ струировать металлооксидный триод. У этого прибора переход заменен окисным слоем, на котором размещен металлический управляю­ щий электрод (рис. 27, а).

Расстояние между истоком и стоком при­ мерно 10 мкм, а толщина окисной пленки над каналом 0,1 мкм. По такому образцу методом диффузии созданы металлооксидные каналь­ ные триоды МОП с донорной примесью (МОПТ-р, рис. 27, б) и акцепторной

(МОПТ-л).

В настоящее время получили, развитие электронные приборы — металлооксидные три­ оды с неосновным и основным каналом. В МОП триоде' с неосновным каналом в кри­ сталле кремния p-типа ведется диффузия до­ нора (фосфора) с одной стороны кристалла сплошным фронтом, с другой — через «окна»

8 2

в окисном слое. Две полоски п+-типа (сток и исток) расположены друг от друга на расстоя­ нии 5—60 мкм. Высокоомная p-область между

Рис, 27. Разрез металлооксидных триодов:

полосками — это область канала, над которой наокисном слое напылен металлический кон­ такт затвора. Исток включен в прямом, а сток в обратном направлении. Если на затворе знак «—» или нуль, через триод течет неболь­ шой ток истока /оиПоложительное смещение на входе оттесняет дырки от границы Si02, в связи с чем образуется тонкий (доли микро­ метра) канал «-типа, шунтирующий запертый пёреход.

Триоды с неосновным каналом (и с неос­ новными носителями) имеют ценные качества для переключающих схем. При отсутствии напряжения на входе ток на выходе почти равен нулю, /и составляет несколько наноам­ пер. При подаче на вход напряжения U ^ U P, где — пороговое напряжение, при котором возникает п-канал, ток истока достигает 10 ма.

Ток истока

где Ug— потенциал заряда; л а 2 .

В таких триодах СВхг=^2 пф, ^вх ^Ю 8— ІО15 ом, /?вых=1 Мом (при нулевом потенциа­ ле на затворе), <Пер — 10 нсек, а напряжение Up составляет несколько вольт или долей вольта, в зависимости от толщины окиси над каналом, состояния поверхности и проводи­ мости основного кристалла. Высокое входное сопротивление позволяет собирать на МОП триодах схемы с непосредственной связью.

Триоды с основным каналом (и основными носителями) используются в усилительной технике. В технологии его производства до­ бавляется еще одна операция — диффузия фосфора в область между стоком и истоком на глубину в десятые доли микрометра. При этом в триоде образуется я-канал. Такой при­ бор иногда называют статистором.

Недостатки МОП триодов — значительное падение напряжения в открытом состоянии и трудность получения окисных слоев контроли­ руемой толщины. На границе окисел — крем­

8 4

сопротивлениях и фотоэлементах соединения

CdS, CdTe, ZnS;

2)металлы высокой чистоты, на которых можно вырастить достаточно прочный одно­ родный окисный слой,— Al, Cd, Та, Ті;

3)любые интерметаллические соединения (соединения элементов III и V групп, служа­

щие. 28. Конструкция тонко­ пленочного триода МИМ:

/ — эмиттер (золотая пленка); 2 — эмиттерный переход в виде слоя изолятора (окиси алюминия) тол­ щиной 20 А0; 3 — металлическая база (алюминиевая пленка); 4 — коллектор—кристалл Cds или Ge.

щ и х д о н о р а м и и а к ц е п т о р а м и в г е р м а н и и и

к р е м н и и ) — GaAs, InSb, InP, GaSb, AlSb

Ид р .

Внастоящее время изучаются структуры

Та — Та20 5 — AI, Al — AI2O2— Al — Ge, Al — AI2O3 — Al — SiO — Al (туннельный триод) и др. По характеру слоев такие структуры на­ зывают МИМ (металл — изолятор — металл) или ПМП (полупроводник — металл — полу­ проводник). Иногда структуры не имеют на­ звания, например пятислойная структура трио­ да Al—AI2O3—Al—AI2O3—А1, в которой алю­

8 6

миний толщиной в десятую долю микрометра служит базовым слоем.

Одним из первых тонкопленочных триодов был усилитель МИМ (рис. 28). Полупроводни­ ковой основой в нем служит CdS. Коллектор­ ный переход — это контактный барьер на гра­ нице полупроводник — металл. Эмиттерный

Рис. 29. Конструкция тонкопленочного полевого триода ТПТ:

А, К. и С — металлические пленки, соответственно анод, катод и сетка;

подложка — модульная плата.

переход включает изолирующую прослойку из окиси алюминия, в которую инжектируются электроны из золотого контакта. Если элек­ троны обладают достаточно высокой энергией, чтобы пройти через барьер, под влиянием по­ ля характер движения их в диэлектрике та­ кой же, как в обедненном носителями слое. Пролет электронов может иметь и чисто тун­ нельный характер. Чем выше UB, тем больше «горячих» электронов достигнут базы. В ПМП, если толщина слоев не превышает 10 мкм, тео­ ретически рассчитано, что /<=100 Ггц.

Наилучшие характеристики получены у тонкопленочного канального триода ТПТ (рис. 29). Длина затвора здесь всего 15 мкм.

8 7

а расстояние между истоком и стоком 10 мкм. Толщина барьерного слоя из окиси кремния или сернистого кадмия составляет 0,1 мкм, а самого полупроводника CdS — 0,5 мкм. Триод, естественно, маломощный, Р = 1 мет. Время включения tBK—30 нсек, а крутизна S = = 10 ма/в. ТПТ обладает многими достоин­ ствами МОП триодов.

Рассмотреть все тонкопленочные триоды здесь невозможно. Для них создается своя теория, технология, схемные решения. Появ­ ление таких триодов — это шаг вперед в раз­ работке тонкопленочных схем. Ранее эти схе­ мы представляли собой плату с пассивными пленочными элементами, на которую крепи­ лись объемные активные элементы. Примене­ ние тонкопленочных триодов упрощает техно­ логию и уменьшает объем схемы.

С п е й с и с т о р ы — это еще один вид по­ левых триодов. Принцип их работы весьма интересен — модуляция тока в области объем­ ного заряда. Объемный заряд распространен на участке в несколько десятков микрометров. Сюда подведен управляющий электрод — модулятор в виде острия проволоки. Этот то­ чечный контакт дает небольшое выпрямление. Описанная структура соответствует спейсисто- ру-триоду.

Регулировать величину тока в объемном заряде путем изменения напряжения на по­ левом контакте можно с помощью точечного модулятора (спейсистор-триод), кольцевого модулятора, когда управляемый ток течет че­ рез точечный переход (филдистор), точечного, или полоскового, микросплавного модулятора,

88

у которого управляемый ток инжектируется

Пока единственным практическим достоин­ ством спейсистора является его температурная

в.

Рис. Ж). Конструкция и схема вклю­ чения спейсистора диодной структу­ ры:

/•—эмиттер; 2 — модулятор; 3 — область объемного заряда перехода.

стабильность. Характеристики его почти не зависят от температуры, так как процесс уси­ ления происходит в области, где «і ничтожно мало по сравнению с концентрацией инжек­ тированных носителей. Кроме того, входная цепь в спейсисторе может не зависеть от вы­ ходной. Расстояния инжектор — модулятор, модулятор — граница перехода можно подо­ брать таким образом, что изменение напряже­ ния на выходе не окажет действия на вход. Модулятор играет роль экрана, устраняющего обратную связь.

89

Транзисторы с отрицательным сопротивлением

К приборам с отрицательным сопротивле­ нием при известных условиях можно отнести почти все рассмотренные нами триоды. Напри­ мер, сплавной триод, имеющий достаточно ши­ рокий высоковольтный переход, в поле кото­ рого может происходить ударная ионизация и умножение носителей, представляет собой ла­ винный триод — прибор с отрицательным со­ противлением.

При малых токах эмиттера его вольт-ам­ перные характеристики не отличаются от ха­ рактеристик сплавных триодов. Отрицательное сопротивление появляется на высоких уровнях инжекции при больших напряжениях на кол­ лекторе. При этом количество носителей и энергия, которую они приобретают в поле то­ ков и в сильном поле коллекторного перехода, достаточны, чтобы вызвать лавинное умноже­ ние носителей.

Усиление по току выражается формулой

а = <х0М,

где ссо — обычное низкочастотное значение ко­ эффициента передачи тока при малых уровнях инжекции; М — коэффициент умножения, т. е. количество новых носителей, ионизированных одним исходным.

При увеличении напряжения на коллекторе повышается энергиядырок и их ионизирую­ щая способность. Физически это означает, что объемный заряд в области коллектора увели­ чивается. По достижении порогового напря-

S0