Такое ограничение полярности напряжения на затворе было устранено в 1963 г. Хофстейном и Хейманом [4], которые отделили металлический электрод затвора от полупроводника изолятором в виде тонкого, термически выращенного слоя двуокиси кремния.
Это был полевой транзистор с изолированным затвором со структурой МОП (см. стр. 16). На рис. 3,6 показана его конструкция. Здесь управляющий электрод может иметь и положительный и отрицательный потенциал по отношению к истоку, без какого-либо постоянного тока в управляющей цепи и без вреда для прибора (вплоть до напряжения на управляющем электроде порядка 10 в). Однако, как мы видим, токовый капал снова приблизился к поверхности, чего стремился избежать Шокли. Несмотря на это, МОП-транзисторы, уже разработанные в промышленных масштабах, обладают весьма заманчивыми характеристиками и, по-видимому, имеют гарантированное будущее в микроэлектронных системах.
Строго говоря, только наличие очень тонкого оксидного слоя дает некоторое основание классифицировать обычный МОП-транзистор как тоикопленочный активный элемент. В то же время недавно разработанный вариант, показанный на рис. 4, является полностью тонкопленочным. Этот полевой транзистор получен выращиванием эпитаксиального слоя кремния на пассивной сапфировой подложке. За исключением геометрии, структура прибора аналогична той, которая показана на предыдущем рисунке. Проводимость обеспечивается очень тонким слоем я-кремния между сильно легированными областями истока и стока (последние взаимозаменяемы, что удобно в схемном отношении).
В принципе более простым активным элементом является тонкопленочный триод, описанный Ваймером [5] еще в 1961 г. В сущности речь идет о работоспособных приборах, основанных на предложении Хейла, но изготовленных полностью методами напыления. Расположение слоев в приборах Ваймера показано на рис. 5,а и б. На стеклянную подложку через маску напыляют две золотые пленки, служащие электродами истока и стока. На эти электроды напыляют тонкую пленку из сульфида кадмия, служащую полупроводниковым каналом. Затем ее покрывают напыленной пленкой моноокиси кремния или фтористого кальция для того, чтобы обеспечить эффективную изоляцию, а сверху напыляют металлический электрод затвора.
Такой триод был изготовлен и работал, но его трудно рассчитать на заданные параметры и обеспечить их воспроизводимость. Стоит отметить две черты, характерные для этой конструкции. Во-первых, конечно, желательно, чтобы золотые электроды образовали с полупроводником омические контак ты; только в этом случае электроды истока И коллектора будут взаимозаменяемы. Несмотря на высокую работу выхода золота по отношению к CdS, омический контакт получается, если золото осаждать под CdS. Оказывается, что при напылении сульфида кадмия на более холодной
поверхности адсорбируется избыточный кадмий; это вызывает появление /г+-области в сульфиде у поверхности раздела и, таким образом, образование омического контакта с золотым электродом.
Во-вторых, для эффективной модуляции тока напряжением затвора слой сульфида кадмия должен иметь высокое удельное сопротивление. Было показано, что удельное сопротивление можно повысить до величин порядка 10е 0М"СМУ повышая температуру пленки CdS в воздухе или в атмосфере, обогащенной серой. К сожалению, этот нагрев и последующее охлаждение вызывают отслоение золотых пленок от стеклянной подложки. Проблему отслоения электродов решила другая конструкция, показанная на рис. 5,6. В этом варианте сначала напыляется пленка из сульфида кадмия, проводится ее температурная обработка для повышения удельного сопротивления, а затем на & поверхность CdS напыляются электроды затвора, истока и стока. Однако теперь возникает сомнение относительно электрических свойств контактов. Предварительно напыленный слой CdS оказывается в данном случае холоднее, чем осаждаемый на него металл. При этом нет избыточного кадмия, который мог бы объединиться с металлом и образовать л+-область-в полупроводнике; поэтому в конструкции, показанной на рис. 5,6, золотые электроды обычно образуют запирающие контакты. Надежные омические контакты для этой конструкции дают алюминий, индий или сплав алюминия с индием, если перед осаждением металла тщательно очистить поверхность сульфида кадмия под контактами. Ниже мы сделаем еще ряд замечаний относительно механизмов инжекции на контакте исток — полупроводник, а пока допустим, что получен стабильный и воспроизводимый омический контакт.