Рис. 7.
Многое читателю здесь уже знакомо. Такая же полупроводниковая пластинка из полупроводника с электронной проводимостью. Как и на предыдущем рисунке, она показана в разрезе. Эту пластинку покрыли металлической фольгой с двумя отверстиями, расположенными справа и слева, и поместили в печь, заполненную парами алюминия. В результате образовались две области с дырочной проводимостью, помеченные на рисунке буквами p. Далее через ту же фольгу с отверстиями на поверхность пластинки напылили алюминиевые электроды, а к электродам приварили выводы, помеченные буквами И (исток) и С (сток).
Не думайте, что на этом все закончилось. Полупроводниковую пластинку снова прикрыли фольгой, на сей раз с отверстием, расположенным посередине, и поместили в печь, заполненную кислородом. Кремний в кислородной атмосфере окислился, и образовался слой двуокиси кремния, помеченный на рисунке буквой О. Наконец, поверх слоя окиси напылили слой металла и к этому слою приварили вывод, помеченный буквой З (затвор).
Что же получилось? Вдоль границ, помеченных на рисунке 7 цифрами 1 и 2, образовались два обедненных слоя и два потенциальных барьера. Если между выводами И и С приложена разность потенциалов, то независимо от ее полярности ток между этими выводами не протекает. Действительно, каково бы ни было направление внешней разности потенциалов, оно обязательно совпадет хотя бы с одним из потенциальных барьеров и повысит его. Промежуток между выводами И и С мы смело уподобливаем разомкнутым контактам, причем в данном случае они остаются разомкнутыми независимо от величины и направления приложенной извне разности потенциалов.
Предположим, к выводу З приложен отрицательный относительно области n потенциал. Это приводит к тому, что электроны в области n отталкиваются от отрицательно заряженного электрода и вблизи поверхности пластинки возникает тонкий слой, свободный от электронов.
Дальше все происходит очень интересно. Наличие электронов в свободной зоне полупроводника затрудняет переход электронов из валентной зоны в свободную. Почему? Кроме достаточной энергии, для перескока запретной зоны электрон должен найти свободный уровень. Если каким-то образом изгнать электроны из свободной зоны, то последнее препятствие снимается и количество электронов, переходящих из валентной зоны в свободную, резко увеличивается.
Перешедшие электроны опять-таки отталкиваются отрицательно заряженным затвором, а оставшиеся после них в валентной зоне свободные уровни, то есть дырки, продолжают существовать. В результате весь слой, примыкающий к верхней поверхности пластинки, приобретает дырочную проводимость. Между областями, помеченными буквой p, как бы выстроен мостик с проводимостью того же типа, что и эти области. Этот мостик называют каналом. На границах между истоком, стоком и каналом никаких обедненных слоев не возникает, и путь току между истоком и стоком открыт в любом направлении.
Описанная структура получила название полевого транзистора, или, точнее, МОП-транзистора с индуцированным каналом. Аббревиатура МОП составлена из первых букв слов «металл», «окись», «полупроводник», что соответствует структуре затвора, и в этом легко убедиться, бросив еще один взгляд на рисунок 7. Слова «с индуцированным каналом» означают, что нормально канал отсутствует (контакты разомкнуты) и возникает лишь при подаче напряжения на затвор.
Даже из столь краткого рассмотрения видно, что МОП-транзисторы обладают несомненными преимуществами по сравнению с биполярными. Исторически биполярные транзисторы появились первыми, поэтому до сих пор они еще довольно широко используются. Однако сейчас в мире наблюдается четкая тенденция к переходу на МОП-транзисторы.
Когда появились транзисторы (это произошло в конце 40-х годов), а главное, когда стало понятно, что их можно использовать в роли контактов реле для построения рассуждающих систем, свершился первый качественный скачок в той отрасли науки и техники, который сегодня называют информатикой. Благодаря транзисторам начали строить достаточно мощные системы переработки информации, занимающие вполне разумные габариты, скажем, порядка одного кубического метра и потребляющие разумные количества энергии, скажем, в пределах сотен ватт.