Полупроводники - Смит Р.
Скачать (прямая ссылка):
кремний. В случае селена это объясняется сложной кристаллической
структурой последнего, наличием у него различных кристаллических
модификаций, а также трудностями получения вещества в чистом состоянии.
Фотопроводимость селена и закиси меди была использована для изготовления
фотоэкспонометров, а также фотоэлементов, которые широко применяются в
кинопромышленности для превращения записи на звуковой дорожке киноленты в
электрические колебания, которые затем усиливаются и воспроизводятся
громкоговорителями. Фотоэле-
22
1. Простейшие свойства полупроводников
менты применяются также в таких автоматических устройствах, как счетчики
изделий на конвейерах, фотоэлектрические предохранители и т. д.
Выпрямители устройств электроснабжения, работающие с очень большими
мощностями, равно как и диоды, выпрямляющие высокочастотные сигналы
небольших мощностей для таких приборов, как радиоприемники, в настоящее
время обычно изготовляются на основе элементарного полупроводника -
кремния.
Хотя радиоволны были открыты Герцем еще в 1888 г., только в 1904 г.
выяснилось [15], что полупроводники могут служить прекрасными детекторами
высокочастотных токов, возбуждаемых этими волнами в электрических цепях.
В течение нескольких последующих лет с этой целью был испробован ряд
разнообразнейших веществ. Открытие того факта, что контакт тонкой
металлической проволочки с кристаллом полупроводникового вещества
представляет собой превосходный выпрямитель высокочастотных токов,
позволило значительно увеличить чувствительность радиоприемников. Такого
рода устройства (детекторные радиоприемники) получили широкое
распространение на заре современной радиотехники. Для этой цели
преимущественно использовались кремний и сернистый свинец - последний в
виде естественных кристаллов галенита. Интересный спор возник по поводу
природы (электрической или тепловой) механизма, лежащего в основе эффекта
выпрямления. Этот спор был решен в обстоятельной работе Пирса [161,
убедительно доказавшего, что явление выпрямления переменного тока имеет
электрическую природу.
Вскоре кристаллические детекторы стали вытесняться электронными лампами и
к 1939 г. были почти полностью забыты. Однако с развитием радиолокации,
где применяются весьма короткие длины волн (порядка 10 см и меньше),
пришлось опять вернуться к кристаллическим детекторам, так как оказалось,
что при таких высоких частотах никакие другие приборы не могут эффективно
использоваться в качестве выпрямителей или преобразователей частоты.
Выяснилось, что наиболее подходящим материалом для этих применений
является кремний. В обзоре Блини и др. [17] освещены работы английских
ученых в этой области; в книге Торри и Уит-мера [18] дан обзор английских
и американских работ. Технические разработки с использованием кремния
стимулировали появление большого количества фундаментальных работ,
посвященных изучению этого вещества, особенно в лабораториях фирмы "Белл
телефон" и в Университете Пардью в США. В этих работах всесторонне
исследовался и германий - следующий за кремнием элемент IV группы
периодической таблицы. В связи с тем что температура плавления германия
намного ниже температуры плавления кремния и он легче поддается очистке,
германий оказался более подходящим объектом для проведения
фундаментальных исследований в области полупроводников и вскоре стал
наиболее изученным среди полупро-
1. Простейшие свойства полупроводников
23
еодниковых веществ. Хотя для изготовления детекторов для радиолокационных
устройств германий поначалу казался неэффективным материалом, он нашел
другое, весьма важное применение при разработке небольших компактных
выпрямителей для работы в области низких частот - так называемых
германиевых выпрямителей с высоким запирающим напряжением. Исследование
полупро-есдниковых свойств германия оказалось впоследствии весьма
плодотворным, так как привело к открытию Бардином и Браттейном 119]
эффекта усиления в полупроводниках и к изобретению транзистора в
лабораториях фирмы "Белл телефон" [20]1(.
Подробное изучение эффекта усиления и контролируемой ин-жекции носителей
заряда в полупроводниках, проведенное Шокли, Пирсоном и Хейнсом 121],
резко расширило круг работ, посвященных исследованиям свойств германия, а
несколько позже и кремния, так как стало ясно, что транзисторы сыграют
революционную роль в развитии электроники и заменят большую часть
множества электронно-вакуумных ламп, используемых в промышленности.
Концентрация научно-исследовательской работы вокруг проблемы разработки
транзисторов привела к значительно лучшему пониманию основных физических
свойств полупроводников. Эффект усиления сам по себе является мощным
методом изучения этих свойств, так что взаимосвязь чисто научных и
прикладных исследований оказалась весьма плодотворной.
Другая группа полупроводников, нашедшая важное применение,- это так
называемые фотопроводники для инфракрасной области спектра, особенно
