Главная >> Создание физических основ электроники XIX в. >> Исследования полупроводников
Исследования полупроводников
Исследования полупроводников

С точки зрения электропроводности, все твердые вещества подразделяются на металлы, полупроводники и диэлектрики. Интерес к исследованию электрических свойств полупроводников возник в середине XIX в. Еще в 1833 г. М. Фарадей обнаружил увеличение электропроводности сульфида серебра при повышении температуры, что было абсолютно не свойственно металлам. Отдельные ученые, независимо друг от друга, стали изучать фотоэлектрические и выпрямляющие свойства некоторых полупроводниковых соединений, подобных сульфиду серебра, сульфиду цинка, селену.

В 1873 г. У. Смит описал явление фотопроводимости: при освещении селена его проводимость возрастала. Так был открыт "внутренний фотоэффект". В 1887 г. Г. Герц обнаружил внешний фотоэффект в полупроводниках. Поскольку такими "замечательными" свойствами ни металлы, ни диэлектрики не обладали, сфера исследований свойств полупроводников была значительно расширена.

Изучение фотоэлектрического эффекта в полупроводниках проводилось в научных центрах всего мира. Французский ученый А.-Э. Беккерель в 1839 г. установил фотовольтарический эффект - возможность генерации напряжения при освещении перехода между электролитом и веществом. Исследования русского физика 1913 г. А. Иоффе доказали квантовую природу фотоэффекта и были отмечены премией Петербургской Академии наук. А. Столетов в 1888 г. провел опыты по определению законов "внешнего фотоэффекта" и изобрел фотоэлемент. Эти исследования позволили дать теоретическое и экспериментальное обоснование возможности прямого преобразования электрической энергии в световую с помощью полупроводников.

Воспользовавшись понятием фотона - кванта электромагнитного излучения, А. Эйнштейн в 1905 г. увязал фотоэлектрический эффект с зародившейся квантовой механикой и создал квантовую теорию света. В 1921 г. он получил Нобелевскую премию "за важные физико-математические исследования, особенно за открытие законов фотоэлектрического эффекта".

Фундаментальные уравнения Дж. Максвелла, подтвержденные опытами Г. Герца в совокупности с законами "внутреннего фотоэффекта" и "внешнего фотоэффекта" легли в основу изучения полупроводников. Квантово-механические уравнения Э. Шрёдингера позволили понять большинство процессов, протекающих в полупроводниках. Развитие теории продолжил советский физик Л. Ландау, который в 1930 г. на основе гипотезы о свободных электронах создал теорию диамагнитных свойств металлов, и его соотечественник И. Тамм, обосновавший в 1931 г. теорию фотоэффекта в металлах. Эти ученые создали теорию проводимости металлов и полупроводников. В 1930-е гг. существенный вклад в развитие теории полупроводников внесли А.-Х. Вильсон и Н. Мотт в Англии, В. Шоттки в Германии и А. Давыдов и Я. Френкель в СССР.

Полупроводниковые приборы подразделяются на фотоприемники и излучатели. Фотоприемники осуществляют преобразование оптических сигналов в электрические. Излучатели преобразуют электрические сигналы в оптические для отображения обработанных данных и представления их в виде, удобном для человека (т.е. биологического зрения), а также для исследования окружающего мира в различных областях оптического спектра. История исследования полупроводников находится в неразрывной связи с физической оптикой, изучающей оптический диапазон излучения, который подразумевает не только видимое, но также ультрафиолетовое, инфракрасное и некоторые другие виды излучения.

Создание полупроводниковых излучателей берет начало в 1923 г. Русский радиоинженер О. Лосев в ходе исследования точечно-контактных карбидокремниевых детекторов, использующихся в радиотехнике, получил слабое зеленовато - голубое свечение при пропускании через них электрического тока. Это открытие, названное "эффектом Лосева", обсуждалось на заседании Русского физического общества, но практического применения не получило в силу крайне малой интенсивности излучения и нестабильности эффекта. Подобное свечение также наблюдал французский физик Дестрио в 1936 г.

Явление люминесценции (свечения) было известно давно. Так, считалось, что голубое свечение чистых жидкостей, возникающее под воздействием у - излучения, которое исследовалось еще Ж. и М. Кюри, вызвано люминесценцией. Исследования люминесценции были продолжены академиком С. Вавиловым. Он предположил, что свечение жидкостей под воздействием у-лучей, экспериментально наблюдаемое его учеником П. Черенковым, имеет совершенно другую природу. Оно вызвано излучением электронов, движущихся с большими скоростями. "Эффект Черенкова -Вавилова" на основе классической электродинамики в 1937 г. был теоретически обоснован советскими физиками И. Таммом и И. Франком. Из теории следовало, что любая заряженная частица, движущаяся в прозрачной среде, должна излучать свет, если ее скорость превышает фазовую скорость света. Эта работа была удостоена Сталинской премии, ав 1958 г. и Нобелевской премии уже после смерти С. Вавилова.

Понимание процессов, протекающих в полупроводниках, привело к созданию в 1931 г. зонной диаграммы А. Вильсона. Зонная теория полупроводников постулирует, что в твердом теле энергетическое состояние электронов может быть представлено в виде периодической последовательности зон разрешенных и запрещенных энергий. К разрешенным зонам относятся зона проводимости и валентная зона. Переход электронов, возбужденных различными способами (разогрев, электрический пробой, освещение) на более высокие энергетические уровни, уменьшает сопротивление полупроводника. На месте освободившихся электронов образуются дырки, которые могут быть условно представлены как носители положительного заряда. В зависимости от легирования (введения специальных примесей), существуют полупроводники двух типов: n-типа (электронный тип) и p-типа (дырочный тип). Благодаря квантово-механической теории было доказано, что принципиальное отличие электрических свойств полупроводников от металлов определяется энергетической зонной диаграммой.

Таким образом, теоретические и экспериментальные исследования в физике конца XIX -первой трети XX вв., открытие законов внутреннего и внешнего фотоэффекта позволили обосновать возможность обработки электрических сигналов и преобразования световой энергии в электрическую с помощью полупроводников.

 
Интересная статья? Поделись ей с другими:

Кто на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 181 гостей 

Поиск по сайту

Новое о "Челюскин"

О. Шмидт – Арктика.

Полярный поход парохода "Челюскин" 1933/34 года привлек благодаря своей особой судьбе внимание многих миллионов. Эта...

О. Шмидт - Советская работа в Арктике.

Пользуясь лучшими достижениями международной науки, советские исследователи совершенно по-новому поставили задачу овладения Арктикой. Они ввели...

О. Шмидт - О «Челюскин».

В 1933 году было решено повторить поход "Сибирякова" - вновь выйти для сквозного прохода Северным...

О. Шмидт - Состав экспедиции и команды парохода «Челюскин».

Подбор людей - важнейшая часть организации любого дела. Особенно это относится к экспедициям, в которых...

О. Шмидт - Переход. Ленинград - Копенгаген – Мурманск.

Переход до Мурманска конечно не является экспедиционным плаванием, но для нас он имел тогда существенное...

О. Шмидт - Мурманск - мыс Челюскин.

В этой статье мы не будем касаться подробностей плавания, которые с навигационной стороны освещены в...

О. Шмидт - Море Лаптевых и Восточносибирское.

Первая половина нашего пути заканчивалась у мыса Челюскина. Она прошла очень трудно. Что нас ждет впереди,...

О. Шмидт - Колючинская губа.

От мыса Северного "Челюскин" шел уже девяти-десятибалльным льдом, т.е. льдом, покрывавшим от 90 до 100...

О. Шмидт - Берингов пролив.

Дрейф кружил наш пароход. Несколько раз мы проносились мимо мыса Сердце-Камень и снова отодвигались назад...

О. Шмидт - Зимовка.

"Литке" ушел. И все же мы еще не знали наверное, зазимуем мы или нет. Ветер...

О. Шмидт - На льдине.

13 февраля сильное сжатие прошло через место стоянки парохода, и "Челюскин" затонул на 68° северной...

О. Шмидт – Итоги экспедиции «Челюскин».

"Челюскин" не вышел в Тихий океан, а погиб, раздавленный льдами. Тем не менее проход до...

Новое по мировой истории

Масленица - история и традиции

Масленица - история и традиции

Масленица – один из немногих языческих праздников сохранившихся после принятия...

Разрушительные стихии над Европой в начале XXI века

Разрушительные стихии над Европой в начале XXI века

Ранее считалось, что стихийные бедствия, происходящие на земле, имеют исключительно...

Иштван I

Иштван I

В 973 году правитель Венгрии, князь Геза, отправил к германскому...

Великий поход Мао Цзэдуна

Льстивая пропаганда не скупилась для своего вождя на хвалебные эпитеты:...

Местное управление в России XVII века

Местное управление в России XVII века

По сравнению с центральным местное управление имело более сложную структуру....

Приказы в России XVII века

Приказы в России XVII века

Центральное управление осуществляли приказы (общегосударственные, дворцовые,...

Состав Думы в России XVII века

Состав Думы в России XVII века

Члены Думы, являясь советниками царя по вопросам законодательства, и сами...

Боярская дума и характер законотворческой деятельности в России XVII века…

Боярская дума и характер законотворческой деятельности в России XVII века

В правление царя Алексея Михайловича система государственного управления, формировавшаяся с...

Приказная система управления в России XVII века в оценке историков

Приказная система управления в России XVII века в оценке историков

Оценка историками сложившейся к концу XVII в. системы управления, прежде...

Преемственность двух эпох

Преемственность двух эпох

Начиная с работ Г.Ф. Миллера, в исторической науке утвердился взгляд...

  • lager_SHmidta.jpg
  • fig_2.jpg
  • Cheluskin_vo_ldah_1.jpg
  • 135.jpg
  • fig_1.jpg
  • photo.jpg
  • esche_Lena.jpg
  • Cheluskin_otplytie_iz_Leningrada.jpg
  • Cheluskin_vo_ldah_2.jpg
  • Stroitelstvo_Cheliuskin(Lena).jpg