Navigation bar
  Print document Start Previous page
 232 of 325 
Next page End  

232
электропроводность отсутствует и оно относится к диэлектрикам. Если же ширина запрещенной
зоны невелика, то электроны могут возбуждаться различными способами и переходить из
валентной зоны в более высокоэнергетическую. Например, при разогреве твердого тела
происходит тепловое возбуждение электронов, повышается их энергия и они переходят в зону
проводимости; при этом повышается электропроводность твердого тела, а значит, уменьшается
его сопротивление. С ростом температуры число возбужденных электронов увеличивается, стало
быть сопротивление полупроводника падает. Возможен и другой механизм возбуждения
электронов и перевод их из валентной зоны в зону проводимости, при котором они становятся
свободными под действием света. Таким образом, зонная теория объяснила две первые загадки:
почему сопротивление полупроводников падает при нагревании и освещении.
В результате анализа электропроводности полупроводников был сделан вывод: на
освободившихся от электронов местах в процессе их перехода в зону проводимости образуются
вакансии или дырки, которые эквивалентны носителям положительного заряда, обладающим
подвижностью, эффективной массой и способностью давать вклад в электрический ток с
направлением, противоположным току электронов. Выяснилось, что существуют полупроводники
с электронным типом проводимости (п-тип), для которых эффект Холла отрицателен, и
полупроводники с положительным эффектом Холла, имеющие дырочный тип проводимости (р-
тип). Первые названы донорными, вторые акцепторными.
В конце 30-х годов трое ученых-физиков – советский А. Давыдов, английский Н. Мотт и
немецкий В. Шоттки – независимо друг от друга предложили теорию контактных явлений, в
соответствии с которой в полупроводниках на границе дырочного и электронного типов
полупроводников происходит обеднение носителями зарядов и возникает эффективный
электронно-дырочный барьер, препятствующий свободному передвижению электронов и дырок.
Через такую границу ток проходит только в одном направлении, а ее электрическое
сопротивление зависит от величины и направления приложенного напряжения. Если
электрическое поле приложено в прямом направлении, высота барьера уменьшается, и наоборот;
при этом неосновные носители тока (дырки в электронном полупроводнике и электроны в
дырочном) играют определяющую роль.
В результате многочисленных экспериментов удалось изготовить образец, включающий
границу перехода между двумя типами проводимости. Так впервые был создан р-n-переход,
ставший важнейшим элементом современной полупроводниковой электроники, и к сороковым
годам удалось разгадать все четыре загадки «плохих» проводников.
Первым твердотельным прибором для усиления электрического тока, способным работать в
устройствах вместо незаменимой в те времена лампы, стал точечный транзистор, в котором два
точечных контакта расположены в непосредственной близости друг от друга на верхней
поверхности небольшой пластинки кремния n-типа. Демонстрация первого транзистора
состоялась в 1948 г. Он позволял усиливать сигнал вплоть до верхней границы звуковых частот
более чем в сто раз. В 1956 г. за разработку транзисторов американские физики Д. Бардин (1908–
1991), У. Браттейн (1902–1987) и У. Шокли (1910–1989) получили Нобелевскую премию.
Истоки современной микроэлектронной технологии
На примере совершенствования различных полупроводниковых приборов можно проследить
развитие микроэлектронной технологии, позволившее создать не только превосходные по
качеству и надежности транзисторы, но и интегральные схемы, а затем и большие интегральные
схемы, на базе которых производится разнообразная электронная техника, включая современную
аудио- и видеоаппаратуру, быстродействующие ЭВМ и т. п.
Технологические разработки всегда важны, но на этапе промышленного освоения роль их
существенно возрастает. Началом промышленного производства полупроводниковых приборов
можно считать середину 50-х годов, когда был предложен технологический прием зонной
очистки, позволивший получить равномерное распределение примесей в кристалле. К 1955 г. была
налажена технология изготовления транзисторов со сплавными и р-n-переходами. Потом
появились разновидности сплавных транзисторов: дрейфовые и сплавные с диффузией.
Разработанный электрохимический метод получения базовых слоев позволил создавать новые
виды дискретных транзисторов: микросплавные, поверхностно-барьерные, сплавно-
диффузионные, микрослойные. Частотный диапазон их работы достиг нескольких мегагерц.
Началось производство автоматизированного оборудования для производства транзисторов.
Сайт создан в системе uCoz