 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
231
всего экономисту, какой ценой будет решена поставленная конкретная задача. Но для этого
полезно представлять, какой ценой дались известные достижения, существенно изменившие
сущность производительных сил и характер производственных отношений.
Развитие твердотельной электроники
Эпоха развития твердотельной электроники имеет более чем столетнюю историю; она началась
с возникших и долго необъясняемых физических загадок, так называемых «плохих» проводников.
Еще в XIX в. выдающийся физик М. Фарадей столкнулся с первой загадкой – с повышением
температуры электропроводность исследуемого образца возрастала по экспоненциальному закону.
К тому времени было известно, что электрическое сопротивление многих проводников линейно
увеличивается с ростом температуры. Спустя некоторое время французский физик А.С. Беккерель
(1788–1878) обнаружил, что при освещении «плохого» проводника светом возникает
электродвижущая сила – фото ЭДС - вторая загадка.
Было обнаружено, кроме того, изменение сопротивления селеновых стержней под действием
света, что в определенной степени подтвердило сущность второй загадки, связанной с
фотоэлектрическими свойствами «плохих» проводников. В 1906 г. немецкий физик К.Ф. Браун
(1850–1918) сделал важное открытие: переменный ток, проходя через контакт свинца и пирита, не
подчиняется закону Ома; более того, свойства контакта определяются величиной и знаком
приложенного напряжения. Это была третья физическая загадка.
Примерно за 40 лет физических исследований состав «плохих» проводников существенно
расширился. К ним были отнесены сульфиды и оксиды металлов, кремний, закись меди и т. п.
Этот класс веществ стали называть полупроводниками. Эффекты выпрямления электрического
тока, фотопроводимость полупроводников стали применять для практических целей. Были
созданы фотоэлемент и твердотельный выпрямитель электрического тока.
В 1879 г. американский физик Э. Холл (1855–1938) открыл явление возникновения
электрического поля в проводнике (тонкой пластине золота) с током, помещенном в магнитное
поле, направленное перпендикулярно току. Электрическое поле возникало и в полупроводниках: в
одних полупроводниках электрическое поле направлено в одну сторону, а в других – в
противоположную. Предполагалось, что направление данного поля определяют электроны и
какие-то, в то время неизвестные, положительно заряженные частицы. Открытие Э. Холла–
четвертая загадка «плохих» проводников.
Созданная Дж. Максвеллом теория электромагнитного поля не объясняла ни одну из четырех
загадок. Пока физики-теоретики искали отгадки, инженеры все шире применяли полупроводники.
В начале нынешнего столетия ученые увлеклись исследованием беспроводной связи. Были
созданы первые приемники радиоволн, способные детектировать сигналы. В них использовались
контакты из полупроводниковых материалов и металла. Кристаллические полупроводниковые
детекторы позволяли выпрямлять радиочастотные сигналы, но усиливать их не могли.
Изучая свойства кристаллического детектора, наш соотечественник, выдающийся
радиоинженер О. Лосев (1903–1942) обнаружил на вольт-амперной характеристике кристалла
участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, на основе чего создал в 1922 г.
генерирующий детектор. Это был первый детектор, способный усиливать и генерировать
электромагнитные колебания. Основой его служила контактная пара: металлическое острие –
полупроводник (кристалл цинкита). Однако хотя открытие О. Лосева и вызвало большой интерес
в те годы, оно не нашло промышленного внедрения. 30–40-е годы – пора расцвета
электровакуумных ламп, которые широко применялись в различных устройствах радиосвязи.
Ненадежные в те годы полупроводниковые приборы не могли конкурировать с электронными
лампами. В полупроводниковой электронике четыре загадки оставались неразгаданными почти
100 лет.
Тем не менее исследование свойств полупроводников продолжалось. Предпринимались поиски
природных и синтезированных полупроводников – интерметаллических соединений с
полупроводниковыми свойствами. Исследовательские работы существенно активизировались
после создания зонной теории полупроводников, в соответствии с которой в твердом теле
энергетическое состояние электронов образуют так называемые зоны, разделенные промежутками
запрещенных значений энергий. В верхней зоне находятся свободные заряды; она названа зоной
проводимости. Нижняя зона, в которой заряды связаны, получила название валентной зоны.
Между ними расположена запрещенная зона. Если ее ширина велика, то в твердом теле