Ефект поля: відмінності між версіями
| [неперевірена версія] | [неперевірена версія] |
Вилучено вміст Додано вміст
Немає опису редагування |
Немає опису редагування |
||
Рядок 3:
Основною теоретичною проблемою ефекта поля є знаходження розподілу поверхневого та внутрішнього потенціалу в напівпровіднику, особливо при прикладенні зовнішнього електричного поля.
Основною експериментальною проблемою ефекта поля була фіксація ''поверхневих станів'' при зміні зовнішніх факторів, що довгий час не давало можливості для повноцінного дослідження поверхневої провідності та практичної реалізації [[МДН- транзистор|МДН- транзисторів]]. Ця проблема була розв'язана з розробкою технології пасивації кремнію на початку 60-х років 20-го століття.
==Історія проблеми==
Безумовно і сама назва '''ефект поля''', і її розвиток на першому етапі завдячує геніальній особистості [[Вільяму Шоклі]]. Очевидно, що дана проблема належить до міждисциплінарного класу, що лежить на пересіченні ''фундаментальної фізики'' та ''інженерії''.
Вона зародилась в кінці 20-х років 20-го століття, як прикладна реакція на стрімкий розвиток фундаментальної науки - ''квантової механіки''. Тоді ж цілком стихійним чином, фундаментальна наука почала своє стрімке впровадження в практику, що вилилось у другій половині 20-го століття в т.з. лозунг "наука - виробнича сила технічного прогресу".
На протязі майже 80-ти років свого існування даний напрям розвитку науки переживав свої злети та падіння, проте на жодному з етапів ''фундаментальні дослідження'' не брали гори і не вказували шлях розвитку.
Слід відзначити, що сама проблеми виникла в галузі інженерії, тому пріоритет був захищений патентами в США - Лілієнфельдом, а у Великобританії - Хейлом. Це були досить тривіальні ідеї по практичній реалізації напівпровідникового підсилювача, управління котрого здійснювалось електричним полем.
Здійснити ці ідеї на практиці спробував Шоклі в кінці 30-х років 20-го століття. В якості напівпровідника тоді використовували германій, в якості діелектрика - пластинки слюди, роль металічного електрода - металічна пластинка або металізоване покриття пластинки слюди. Звичайно Шоклі отримав модуляцію провідності поверхні германія, проте ефект був незначним. Більше того, досить нестабільним в часі, що не дозволяло впровадження його в серійне виробництво.
Тільки в другій половині 40-х років 20-го століття, стало зрозумілим, що основним дестабілізуючим фактором були т.з. ''поверхневі стани'' в напівпровіднику. Та і сам вибір напівпровідника (германій) був не самим кращим (навіть сьогодні практично відсутня технологія виготовлення МДН- структур на германії!).
Першим помітив домінуючу роль ''поверхневих станів'' в напівпровіднику Бардін, котрий потім разом з Браттейном відкрив т.з. ''біполярний ефект''. Тут необхідно відзначити, що на той час ще не існувало теорії випрямляючих переходів в напівпровіднику (щоб потім не писали вітчизняні спеціалісти в галузі напівпровідників) і тому навіть сам процес ''випрямлення'' приписувався поверхневим станам.
Розміщуючи досить близько ''точкові контакти'' майбутніх еміттера та коллектора [[Бардін]], разом з [[Браттейном]] і "відкрили" біполярний ефект, а по суті вперше запропонували практичну реалізацію [[біполярного транзистора]] на точкових контактах. Очевидно, що на той час ніякої теорії звичайно не було, і тому міфічна взіємодія контактів еміттера та колектора (чим ближче розташовані, тим сильніше підсилення) і сприймалась на той час, як фізичне явище (ефект), теорія котрого як сподівались тоді буде розроблена пізніше.
Сама назва ''ефект поля'' появилась вперше в роботі Шоклі та Пірсона, в якій експериментально було доказано існування поверхневих станів в напівпровіднику. Роль Шоклі на цьому етапі була незначна, оскільки він піддався розчаруванню, визваному неможливістю на той час реалізації ефекта поля. Проте "відкриття" біполярного ефекту стимулювало Шоклі на фундаментальні дослідження спершу ''точкового переходу'', потім ''сплавного переходу'' і, нарешті всім відомого ''p- n -переходу'', що з часом і вилилось в теорію p- n -переходу Шоклі, а потім і в теорію біполярного транзистора, що базувалася на понятті [[квазірівня Фермі]].
З появою напівпровідникових переходів та біполярних транзисторів розпочалася нова технологічна ера обробки напівпровідників, зпершу германію, а потім і кремнію. Відпрацьовувалися інженерні методи вирощування кристалів та технології розрізання пластин з наступним їх шліфуванням. Більше того, розроблювалися методи дифузії та епітаксії домішок шляхом ''фотолітографії'' і т.і. І тільки на кінець 50-х років 20-го століття рівень розвитку технологій досяг зрілості, і шляхом розробки технології пасивації поверхні кремнію Аталлою та Кангом нарешті була створена МДН- структура на кремнії з більш- менш стабільними характеристиками.
Пасивація поверхні кремнію стабілізовала поверхневі стани і стала можлива практична реалізація МДН- транзисторів. Перші феноменологічні моделі МДН- тразисторів появились в піонерських працях Хофштейна, Хеймана, Іхантоли та Молла. Проте, основна фундаментальна праця по створенню теорії МДН- транзистора, що базується на фундаментальних принципах поверхневої провідності була створена в 1964 році учнем Шоклі - [[Са]].
==Розв'язок рівняння Пуасона на поверхні напівпровідника==
Рядок 193 ⟶ 211:
* Lilienfeld J.E. Method and Apparatus for Controlling Electric Currents. US Patent #1745175, 1930< january.
* Heil O. Impruvements in or Relating to Electric Amplifiers and other Control Arrangements. UK Patent #439457, 1935, December.
* Bardeen J., Phys. Rev., 71, 1947, p.717.
* Shokley W., Pearson G.L. Modulation of Conductance of Thin Films of Semiconductors by Surface Charges. Phys. Rev., 1948, 74, July, p.232-233.
* Atalla M.M., Tannenbaum E., Scheiber E.J. Stabilization of Silicon Surfaces by Thermally Grown Oxides. Bell Syst. Tech. J., 1959, 38, May, p.749-783.
| |||