Развитие исследований полупроводников

Міністерство освіти і науки України

Рівненський державний гуманітарний університет

Кафедра загальної фізики

Доповідь на тему:

Виконав:

студент V курсу фізико -

технологічного факультету

групи ФТТ-51

Громов Микола Володимирович

Рівне–2000

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРВЫЙ ШАГ 3

РОЖДЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА. 4

ТРАНЗИСТОР И МИКРОСХЕМА. 6

ЛИТЕРАТУРА. 9

ПЕРВЫЙ ШАГ

С чего начинает юный радиолюбитель? С детекторного приемника. Предельно прост этот уди¬вительный аппарат. Проволочная катушка, невзрачный камешек детектора, наушники. Вот и вся премудрость. А какая сказочная сила воплощена в соедине¬нии нехитрых деталей!

Расспросите людей старшего поколения, которые своими руками делали первые детек¬торные приемники. Они скажут: пожалуй, в на¬ши дни новенький теле¬визор вызывает меньше радости, чем те дере¬вянные ящички.

Вот собранный при¬емник торжественно водружен на столе. Его создатель залезает на крышу и протягивает длинную, метров в три¬дцать — сорок, антенну. Идущий от нее провод он подключает к приемнику и некоторое время возится с детектором. Упираясь концом упру¬гой пружинки в серебристый кри¬сталлик, помещенный в стеклянной трубочке, надо нащупать на нем чувствительную точку. И как только это удается, совершается долгождан¬ное «волшебство»: в наушниках зву¬чит музыка или речь.

Кристаллик детектора — это, по¬жалуй, самый первый полупровод¬ник, нашедший широкое практиче¬ское применение.

В ту пору, когда появились первые детекторы, они бы¬ли еще очень несовершенны. Подчас больших трудов стои¬ло найти чувствительную точку. Пружинка с нее то и дело соскакивала. Приходилось снова и снова налаживать приемник. Много изобретательности приложили инжене¬ры, чтобы улучшить детектор.

Рождение полупроводникового диода.

Важными яви¬лись работы немецкого физика К.Ф. Брауна по исследо¬ванию проводимости целого ряда полупро¬водников, сернистого цинка, перекиси свин¬ца, карборунда и других, проведенные в течении 1906 г. В результате исследований была обнаружена односторонняя проводи¬мость полупроводников. Это послужило толч¬ком к созданию кристаллического детекто¬ра только не К.Ф. Брауном, а американским генералом Х.Дамвуди (H.H.Dunwody) в том же 1906 г.

Нобелевская речь К.Ф.Брауна называ¬лась “Мои работы по беспроволочной теле¬графии и электрооптике”. Впоследствии она была издана отдельной книгой в России, в Одессе в 1910г.

На некоторое время кристаллический детек¬тор уступил свое место в радиоприемнике элек¬тронной лампе. Двухэлектродная лампа, исполь¬зуемая для преобразования токов высокой часто¬ты в токи звуковой (низкой) частоты, в радиопри¬емной и измерительной аппаратуре носит название диод-детектор. Широкое внедрение в радиотехнику электронных ламп не остановило ис¬следований по совершенствованию кристалличес¬ких детекторов.

В 1919 году совершенствованием детектора увлекся молодой радиолюбитель Олег Владимирович Лосев. Меч¬тая посвятить жизнь радиотехнике, он начал с того, что еще совсем юным поступил рассыльным на первую в на¬шей стране Нижегородскую радиола¬бораторию. Здесь заметили любозна¬тельного и талантливого юношу. Со¬трудники лаборатории помогли ему по¬полнить образование, и вскоре Лосев приступил к самостоятельной научной работе.

В феврале 1922 г. 19-летний на¬учный сотрудник Нижегородской лаборатории Олег Лосев результате целенаправленного ис¬следования обнаружил короткий подающий учас¬ток вольтамперной характеристики кристалличес¬кого детектора, используя который, можно приво¬дить к самовозбуждению колебательный контур. Он сконструировал радиоприемник с генерирую¬щим кристаллом, названный 'Кристадином', что означало кристаллический гетеродин. В детекто¬ре этого приемника использовалось пара 'цинкит - угольная нить', на которую подавалось постоян¬ное напряжение порядка 10В. Он установил, что основным условием генерирования и усиления такой пары есть отрицательное сопротивление контактной пары детектора. Позже вместо цинки¬та стали использовать галенит. Для того времени открытие Лосева было очень важным. Ведь обычный де¬текторный приемник давал возмож¬ность слушать лишь близкие станции. Дальний прием, особенно в городах, где много помех и трудно устроить вы¬сокую и длинную антенну, оказывался практически невозможным.

Лосев сразу же опубликовал свои открытия, не запа¬тентовав их, не требуя за них никакого денежного воз¬награждения. Во многих странах радиолюбители приня¬лись строить приемники по его схемам.

9 марта 1927 г. О. Лосев сообщил о ре¬зультатах исследований детекторной пары «кар¬борунд - стальная игла». Он обнаружил слабое свечение на стыке исследуемой поры разнород¬ных материалов при прохождении через нее тока.

Характеристики свечения, отмеченные им в то время, сегодня являются важнейшими для совре¬менных светодиодов, индикаторов, оптронов и из¬лучателей инфракрасного света. Только после освоения производство полупроводников началось использование эффекта свечения О.Лосева.

Прошло более 30 лет, прежде чем кристалли¬ческий детектор вернулся на свое место. За это время были выяснены принципы работы полупро¬водников и наложено их производство. Сейчас промышленность выпускает большой ассортимент кристаллических детекторов, по современной клас¬сификации они носят название полупроводнико¬вых точечных диодов. При их изготовле¬нии используют метод электрической формовки, т.е. мощные кратковременные импульсы токов про¬пускают через точечный контакт. При этом кон¬такт разогревается, о кончик иглы сплавляется с полупроводником, обеспечивая механическую прочность. В области контакта образуется малень¬кий полусферический р-п-переход. Такие диоды имеют устойчивые электрические параметры.

Так как в настоящее время ламповые диоды использу¬ются очень редко и наибольшее распростране¬ние получили полупроводники, то полупроводни¬ковые диоды называют просто диодами. Сравне¬ние вольтамперных характеристик вакуумного и полупроводникового диодов показывает, что в об¬ласти прямого напряжения характеристика полу¬проводникового диода напоминает ламповую. Разница лишь в том, что один и тот же ток для полупроводникового диода получается при зна¬чительно меньших напряжениях. Это и является пре¬имуществом полупроводниковых диодов при ис¬пользовании их в выпрямителях. Недостаток полу¬проводникового диода - наличие обратного тока, хотя и небольшого по сравнению с прямым то¬ком. Диоды, используемые в схемах выпрямления, называют также вентилями.

В 1926 г. был предложен полупроводниковый выпрямитель переменного тока из закиси меди. Позднее появились выпрямители из селена и сернистой меди. Бурное развитие радиотехники (особенно радиолокации ) в период второй мировой войны дало новый толчок к исследованиям в области полупроводников. Были разработаны точечные выпрямители переменных токов СВЧ на основе кремния и германия, а позднее появились плоскостные германивые диоды.

Полупроводниковые приборы быстро и широко распространились за 50-е-70-е годы во все области народного хозяйства.

В 1957 г. класс диодов пополнился новыми приборами - управляемыми полупроводниковыми вентилями. Международная электротехническая комиссия (МЭК) дала им название тиристоры. Слово 'тиристор' состоит из двух слов: греческого thyra - дверь, вход и анг¬лийского resistor - сопротивление. Тиристоры пред¬ставляют класс полупроводниковых приборов, ко¬торый подразделяется на диодные (динисторы}, триодные (тринисторы), запираемые и симметричные (симисторы).

Транзистор и микросхема.

Работы группы американских ученых, сотрудников лабора¬тории “Белл телефон” Уильяма Брэдфорда Шокли, Джона Бардина и Уолтера Браттейна, связаны с исследованиями полу¬проводников. Группа работала под руковод¬ством У.Б.Шокли настойчиво и целеустрем¬ленно в достижении результата.

У.Б.Шокли в записной книжке отметил:

"Мне пришло в голову, что в принципе возможно создание усилителя, в котором был бы использован не вакуум, о полупровод¬ник".

Талант ученых, помноженный на трудо¬любие привел к открытию транзисторного эффекта.

Всего через год после появления транзистора, в 1949 г. в США было произ¬ведено 10000 новых полупроводниковых при¬боров, а уже через 8 лет - 29 млн. шт. По¬явившиеся транзисторные приборы состави¬ли сильную конкуренцию вакуумным радио¬электронным лампам. Это и дало основание У.Б.Шокли ввести в обиход термин "тран¬зисторная электроника" (в отличие от ламповой), который получил широкое рас¬пространение. Изобретение транзистора стало выдающимся событием для радиоэлек¬троники и значительно расширило границы нашего познания, открыв новые горизонты в изучении окружающего нас мира.

В 1948 г. американские учёные Бардин и Браттейн создали германиевый точечный триод (транзистор), пригодный для усиления и генерирования электрических колебаний. Позднее был разработан кремниевый точечный триод. В начале 70-х годов точечные транзисторы практически не применялись, а основным типом транзистора являлся плоскостной, впервые изготовленный в 1951 г. К концу 1952 г. были предложены плоскостной высокочастотный тетрод, полевой транзистор и другие типы полупроводниковых приборов. В 1953 г. был разработан дрейфовый транзистор. В эти годы широко разрабатывались и исследовались новые технологические процессы обработки полупроводниковых материалов, способы изготовления p-n- переходов и самих полупроводниковых приборов. В начале 70-х годов, кроме плоскостных и дрейфовых германиевых и кремниевых транзисторов, находили широкое распространение и другие приборы, использующие