Одним из тонкопленочных активных элементов, который, грубо говоря, служит полупроводниковым аналогом вакуумного триода, является триод на «горячих» электронах, впервые предложенный Мидом [1] в 1960 г. Принцип его работы основан на прохождении электронов сквозь металлическую пленку — базу, в которую они эмиттируются путем туннельного эффекта через тончайший слой изоляции. Толщины пленок играют решающую роль, и их типичные значения указаны на рис. 1.Изолирующий слой над змиттерным электродом должен быть достаточно тонким, чтобы был возможен туннельный эффект, но в то же время его толщина должна быть достаточно велика, чтобы выдержать сильное поле, создаваемое напряжением база—эмиттер; металлическая база должна быть настолько тонкой, чтобы ее можно было считать практически прозрачной для электронов.
Электроны, проникающие сквозь область базы, далее обычным путем проходят через толстый слой полупроводника с малым удельным сопротивлением, через омический контакт и собираются на коллекторе. Потенциальный барьер, зависящий от напряжения между эмиттером и базой, определяет количество электронов, входящих в металлическую базу; электроны не инжектируются, если эмиттер положителен относительно базы. Экспериментальные образцы таких транзисторов были изготовлены, но имели плохую воепроизводимость. Другими недостатками являются большое внутреннее сопротивление и большая емкость.
Совершенно иные принципы положены в основу широкого класса «полевых транзисторов», среди которых есть и тонкопленочные варианты. Плотность заряда основных носителей в пластине полупроводника, через которую протекает ток, управляется сильным электрическим полем, перпендикулярным к направлению тока. Еще в 1935 г. Хейл [2] запатентовал прибор, работающий на этом принципе (рис. 2), однако его прибор так и не пошел в производство.
Шокли и Пирсон [3], изучая модуляцию заряда электрическим полем, показали, что большая часть зарядов, принимающих участие в проводимости, скапливается вблизи поверхности Jr.- полупроводника, так как подвижность носителей в этой области значительно меньше из-за большого количества дефектов кристаллической структуры вблизи поверхности. Шокли предложил разумный способ избежать трудностей, обусловленных поверхностным состоянием, путем выраЩйваййя р-п перехода под управляющим электродом. Изменение обратного напряжения на управляющем электроде вызывало изменение толщины обедненного слоя, и последний подобно клапану действовал на ток основных носителей от истока к стоку. Это был широко известный полевой транзистор с р-п переходом в качестве затвора (рис. 3,а), не содержащий никаких тонкопленочных деталей.
По мере развития и усовершенствования полевых транзисторов с р-п затвором появляются элементы, характерные для тонких пленок. Например, неизбежным ограничением для полевых транзисторов с р-п переходом является сравнительно большой ток в цепи затвора, если переход смещен в прямом направлении. Это явление подобно току в сеточной цепи лампового триода, когда сетка положительна по отношению к катоду.