Техника - молодёжи 1956-05, страница 9

КРИСТАЛЛЫ С

ОГРОМНЫМ БУДУЩИМ

t>. М. ВУЛ, член-корреспондент Академии наук СССР

Рис. Н. СМОЛЬЯНИНОВА

I ? последние годы мы стали свидете-^лями значительных успехсв в разработке полупроводниковых приборов. Это по?>-оляет во многих радиотехнических устройстьах не только заменять электронные лампы полупроводниковыми выпрямителями (диодами) и усилч-телямИ (триодами), но и создавать новые радиотехнические схемы, используя важнейшие преимущества полупро-юднчксвых приборов: малую потребляемую мощность холостого хода, отсутствие накаливаемого катода, а следовательно, и затраты энергии на это, малые габариты, высокую механическую прочность и исключительную долговечность (десятки тысяч часо.).

АКАДЕМИК А. Ф. ИОФФЕ ГОВОРИТ: «Ст*ло общепризнанным, что развитие учения об атомном ядре призвано перестроить энергетику будущего, открыть новые пути к овладению природой. Столь же несомненно, хотя / меко еще и не так широко известно, огромное значение полупроводы» чов для техники ближайших десятилетий».

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Полупроводники по сг-эим свойствам проводить электрический ток занимают промежуточное место между проводниками и изолягооами.

Электрический ток предстг ляет собой упорядоченное движение электронов и ионов под воздействием приложенного к какому-либо телу электрического напряжения. Строение проводников такопо, что в них и при отсутствии внешних воздействий — тепла, излучений (свет, ультрафиолетовые, рентгеновские и гзммолучи), сильных электрических полей — всегда имеются в очень больших количествах свободные электроны, хаотически движущиеся внутри проводника. И подобно тому как хаотическое тепловое движении молекул ra3J в трубе при одинаковом

ЗНЕРГ И ЕСКИЕ УРОВНИ ЭЛЕКТРО-HOt УЧ^СТВУ' U. IX В 1И CB! ■

ЗИ МЕЖДУ AT KPI СТАИ 14 ЕС КО

ГО В*ЩЕ ГВА: а) В диэлектрик (изол* ■ торе) требуется Ъатратить Й31 м д я »льно большую эн ргию. чтоС*-¹ пер-" сти электрон из нормал! ного его cor то ния валентных связей с другими атомами через запрещенные уо> ш с гысоним со-прот» 1л< ж м на г ровни проводимости, при ноторь х он, >рвавшись or cuoei "■■ома и н-рушив одну из его с~язей, может свободно двиган ы и ' ем самы вызывать тек. Обычно это р> юди к разрушению диэлектрика; б) В ю

лупроб гДНИНаХ 'ьргия СВЯ31 м< kdv атомами кристалла пеньше, чем у диэлектриков, поэтому они весьма чу стви-тельны к внешним вэздействиям i в них значи-п 1ьно легчи по/ пять электрон на уровни проводимости; в) В пр? эднике нет запрещенных уровне I, й уровни проводимости сливаются уров ими валентных свяээй атома. Поэтому в них

ПОСТОЯННО ПрИСуТСТВуЭТ ОЧеНЬ бОЛЬШО' 1 число счобоннь с электронов, легко обязующих электрический ток.

50МБА ЗАМЕДЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ ВЕЛИЧИНОЮ G ГОРОШИНУ, КОТОРАЯ ВЗОРВАЛА СОВРЕМЕННУЮ РАДИОТЕХНИКУ

РЕКОРДСМЕН ПО МИНИАТЮРНОСТИ, ЭКОНОМИЧНОСТИ, ДОЛГОЛЕТИЮ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМ ТРИОД:

В 10 РАЗ ДОЛГОВЕЧНЕЕ, В 100 РАЗ МЕНЬШЕ И В 100000 РАЗ ЭКОНОМИЧНЕЕ РАДИОЛАМПЫ

деглении не создает потока газа, так и хаотическое движение электронов в проводнике не создает тока. Но если проводник включить в цепь, имеющую источник электрического напряжения, то в нем под влиянием резности потенциалов происходит движение электронов от отоицательного полюса к положительному, подобно тому как перепад давления в трубе вызьн зет поток газа через нее.

Изоляторы или диэлектрики /строены иначе. В чих при нормальных окружающих услови-х свободных электронов ничтожно мило. Поэтому при прочих р&вных условиях токи, текущие через них, столь малы, что практически ими можно пренебречь.

Если исключены внешние воздействия: тепловые, лучистые и т. п., то полупроводник подобен диэлектрику— в нем нет свободных электронгв. Однако для этого приходится создавать специальные условия: сильно понижать темперьтуоу, защищать их о- воздействия света и т. д. В нормальных же условиях^ например при комнатной температуое, тепловое движет частиц в полупроводнике облад-ет /же достаточной энергией, чтобы освобождать электроны, так как они слабо с. -заны со своими атомами.

ЭЛЕКТРОН И (ДЫРКИ*

Атомы таких попупроводчикоч, как гермсний и кремний, образуя твердое кристаллическое тело, евнзывлотез между собой посредством своих внешних, валентных, электроноа»

Каждый атсм германия или кремния обладает четырьмя валентными электронами. Атомы располагаются в кристаллической решетке вещества таким образом, что каждый атом окружен четырьмя соседями, и связ* между кпж* дым атомом и его соседом осуществляется двумя электронами по одному от каждого атоме. Валентные электроны не фиксированы в определенных атоА'х И так как они по заряду и массе тождественны друг другу, то взаимные переходы электронов от «-тома к атому снешне ничем не проявляются. В том случае, когда все велентные сь зи кристалла заполнены, слабые внешние электрические воздействия тока сквозь полупроводник не вызывают. В нем могут происходить только взаимоперемещения, то-есть если какой-либо электрон от атома А переходит к атому Б, то это возможно только одновременно с обр .тным переходом электрона от атома Б к атому А. Такие взаимопереходы, если они происходят даже в электрическом поле, .нешне никак также не проявляются.

Иначе складываются условия в том случае, когда не все валентные связи между стомгми заполнены, то-есть когда среди них имеются к&к бы пустые места, или, как их Принято условно называть, «дырки». В этом случае су-шест i yet известная свобода для движения и перемещения валентных электронов, приводящая к заполнению свободных связей, или дырок, и не сопровождающаяся обратными перехо/?а-

а ень энергии бондам денных элвкт »оВ

Уровень анергии 1а рентных элекГРоноь

Уровни знвр ши валентной связи атома

ЗипьещгннЬ» уровни энергии

Шовни проводим ости