Юный техник 1981-12, страница 28

I

НЕОБЫЧНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ

В «ЮТ» № 3 за 1981 год мы уже рассказывали вам об успехах современной микроэлектроники. Прошло не так уж много времени, и мы снова возвращаемся к этой теме. Причина тому — открытия, которые сделаны в самое последнее время.

ВОЛНЫ

В ТВЕРДОМ ВЕЩЕСТВЕ

Волны на воде видел всякий. Но волны в твердом веществе? Их, верно, так же трудно представить, как вообразить, что волновые «барашки» могут разгуливать по скованному морозом ледяному полю. А между тем такие волны все же существуют. Их открыли недавно ленинградские ученые из Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе, работавшие под руководством докторов физико-математи-ческих неук С. Калашникова, О. Константинова и В. Переля.

Чтобы стала понятной суть открытия, сделаем небольшое отступление в теорию твердого тела. Полупроводниковый кристалл обычно имеет строгую кристаллическую решетку. Иначе говоря, каждый атом, словно кирпич в стене, занимает определенное место и крепко связан с другими атомами «цементом» валентных связей.

В обыденной жизни мы порой наблюдаем, как с течением времени под воздействием ветра, жары, мороза связи между отдельными кирпичами кладки нарушаются. Так и в кристаллической решетке под действием света, тепла и других внешних факторов валентный электрон может «вывалиться», покинуть свое место в кристаллической решетке. Такой электрон называется свободным,

а место, которое он покинул, — дыркой.

Поскольку электрон всегда заряжен отрицательно, то дырка оказывается заряженной положительно.

И электроны и дырки могут перемещаться в пространстве: свободный электрон отправляется блуждать по кристаллической решетке, а на его место может переместиться валентный электрон из соседнего узла решетки, образуя дырку уже там. А на место соседнего электрона может перекочевать еще какой-то электрон и т. д. и т. п.

Исчезновение свободного электрона, занятие им вакантного, свободного места в дырке называют рекомбинацией, а время, в течение которого электрон и дырка существовали порознь, — временем их жизни.

Концентрацией, количеством свободных электронов и временем их жизни можно управлять, специально добавляя в кристалл некоторое количество (порой считанные атомы) примесей р-типа или п-типа. Что это за примеси? Атом кремния или германия в кристаллической решетке связан с четырьмя соседями, он имеет валентность «четыре». Если заменить один из атомов кремния, например, атомом фосфора, у которого пять валентных электронов, четыре из них свяжут атом фосфора с соседями, а пятый окажется «лишним», сможет принять участие в перемещении потока

26