Курсовая работа: Полевой эффект и его применение

где ₁ - проводимость образца на единицу поверхности, а - полный заряд, индуцированный полем на единице поверхности. Полная проводимость равна

₁

где W- ширина, а L- длина образца, тогда

_В

здесь С-полная емкость между пластиной и образцом, _В -напряжение приложенное к емкости. Отсюда следует

_эф ² _В (2)

Приложенные напряжения, показанные на рисунке 1, синусоидальны со среднеквадратичными значениями V_A и V_B и могут быть записаны в виде

(5а)

(5б)

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 ₁ и , 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].

1.2 Применение эффекта поля

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.