Техника - молодёжи 1950-01, страница 7

< ^{МЕЛЬ } (}

ЗАКИСЬ МЕДИ

^ яг»

Купроксный выпрямитель пропускает ток только тогда, когда он идет от закиси меди к меди (электроны в этом случае идут от меди к закиси меди). При обратном направлении тока возникающий на границе сзапирающий слой» не пропускает электроны.

типа таких зарядов: электроны и ионы. Эти носители электрического заряда обусловливают три вида электропроводности: электронную, ионную и смешанную. В первом случае перенос электричества осуществляют электроны, во втором — ионы, а э третьем — те и другие.

Электронной проводимостью обладают и металлы, и диэлектрики, и полупроводники. Для того чтобы имела место электронная электропроводность, в веществе должны иметься электроны, не связанные с атомами, так называемые «свободные электроны». В полупроводниках свободных электронов значительно меньше, чем в металлах. Ток, обусловленный движением электронов в полупроводниках, при прочих равных условиях несравненно меньше, чем в металлах.

Свободные электроны в обычных уело виях находятся в беспорядочном движе нии. Чем выше температура, тем бы стрее, в среднем, движутся электроны Однако в этом беспорядочном движе нии нет преобладающего направления, и поэтому такое движение не дает тока.

Для того чтобы создать ток, хаотическое движение электронов надо сделать направленным. Это можно сделать, приложив к телу некоторую разность потенциалов, то-есть создав в нем электрическое поле.

Современная физика с помощью термоэлектрических и магнитных исследований позволила установить, что носителями тока в полупроводниках являются не только свободные электроны. Носителями тока являются и путешествующие по полупроводнику незаполненные электронами места, так называемые «дырки».

Постараемся поподробнее разобрать этот вопрос. Представим себе, что электронов в теле не мало, а, наоборот, очень много. Но, однако, есть пустые места, не занятые электронами. Каждое такое пустое место («дырка») может быть занято соседним электроном. При этом «дырка» будет перемещаться по полупроводнику. При наложении элект рического поля беспорядочное движение таких «дырок» делается упорядоченным, направленным: «дырки», в среднем, перемещаются к катоду (потому что электроны перемещаются к аноду), то-есть в том направлении, в котором двигался бы положительный заряд. Вот этот вид электрического тока и называют током «дырок».

В самом деле, перемещение «дырок» можно уподобить переносу некоего положительного заряда, равного по абсолютной величине заряду электрона и

перемещающегося в противоположную сторону.

Именно такой ток имеет место во многих электронных полупроводниках наряду с током, обусловленным движением свободных электронов.

Число свободных электронов в полупроводнике может быть увеличено за счет перехода электронов из «связанного» состояния в «свободное». Такой переход требует затраты энергии. Эта энергия может черпаться за счет тепла, за счет энергии света, поглощенного телом, за счет столкновения с другим электроном и т. д.

Если полупроводник поместить в темноту, изолировать его от световых лучей, то единственным источником добавочной энергии может служить только тепловое движение. Становится поэтому ясным, что при достаточном охлаждении и в темноте полупроводники ведут себя подобно изоляторам, ибо все электроны при этих условиях будут находиться в «связанном» состоянии, и что с повышением температуры число «свободных» электронов, и следовательно электропроводность полупроводника будет расти.

Физические особенности полупроводников дают возможность использовать их для создания многих замечательных приборов.

Еще в прошлом столетии, в 1888 году, русский ученый В. А. Ульянин открыл поразительное явление. Нанеся ча полупроводниковую селеновую пластинку тонкий слой другого металла, Ульянин обнаружил, что такой прибор при освещении его становится источником тока. Так был построен первый фотоэлемент с «запирающим слоем».

На границе между полупроводником и проводником под действием света происходит явление, в результате которого

проводник и полупроводник заряжаются разноименными зарядами. Под действием света электроны переходят из полупроводника в проводник, заряжая его отрицательным зарядом. Подобное явление наблюдается, например, на границе медь— закись меди. Обратного же перехода электронов из металла в полупроводник не происходит-: граница между металлом и полупроводником действует, как «запирающий слой», пропускающий электроны только в одном направлении.

Вентильные фотоэлементы, изготовленные из полупроводников, основаны на использовании «запирающего слоя», наиболее эффективно превращают световую энергию непосредственно в электрическую.

Позже, в 1920 году, было замечено, что медная пластинка, окисленная с одной стороны до закиси меди, обладает различным сопротивлением электрическому току в зависимости от его направления. Когда медь служит катодом, и, следовательно, поток электронов направляется от металла к полупроводнику, ток идет значительно более сильный, чем тогда, когда медь служит анодом. Контакт медь — закись меди играет роль «запирающего слоя», способного пропускать электрический ток в одном направлении. Так был создан первый твердый полупроводниковый выпрямитель — купроксный выпрямитель.

Современная физика следующим образом объясняет образование и действие «запирающего слоя» на границе между полупроводником и металлом, слоя, особенности которого используются в купроксных выпрямителях и вентильных фотоэлементах. Если привести в соприкосновение два куска металла с разной концентрацией в них свободных электронов, то возникает явление диффузии, стремящееся уравнять концентрацию зарядов.

Электроны из одного металла начинают переходить в другой. При этом один кусок металла заряжается отрицательно, другой положительно. На границе

Падающий свет, сообщая добавочную энергию электронам закиси меди, дает им возможность пробиться сквозь «запирающий слой» Вследствие переноса электронов медь заряжается отрицательно, а закись меди положительно. Между ними возникает электродвижущая сила.