), dhe substancat [që në fakt nuk përçojnë rrymë elektrike (izolatorë ose dielektrikë).

Gjysmëpërçuesit karakterizohen nga një varësi e fortë e vetive dhe karakteristikave të tyre nga sasitë mikroskopike të papastërtive që përmbajnë. Duke ndryshuar sasinë e papastërtisë në një gjysmëpërçues nga dhjetë e milionta e përqindjes në 0,1-1%, ju mund të ndryshoni përçueshmërinë e tyre me miliona herë. Një pronë tjetër e rëndësishme e gjysmëpërçuesve është se rryma elektrike bartet në to jo vetëm nga ngarkesa negative - elektrone, por edhe nga ngarkesa pozitive me madhësi të barabartë - vrima.

Nëse marrim parasysh një kristal gjysmëpërçues të idealizuar, absolutisht të lirë nga çdo papastërti, atëherë aftësia e tij për të kryer rrymë elektrike do të përcaktohet nga e ashtuquajtura përçueshmëri elektrike e brendshme.

Atomet në një kristal gjysmëpërçues janë të lidhur me njëri-tjetrin duke përdorur elektrone në shtresën e jashtme elektronike. Gjatë lëkundjeve termike të atomeve energji termale shpërndahet në mënyrë të pabarabartë ndërmjet elektroneve që formojnë lidhje. Elektronet individuale mund të marrin energji të mjaftueshme termike për t'u "shkëputur" nga atomi i tyre dhe të jenë në gjendje të lëvizin lirshëm në kristal, d.m.th., të bëhen bartës të mundshëm të rrymës (me fjalë të tjera, ata lëvizin në brezin e përcjelljes). Një largim i tillë i një elektroni cenon neutralitetin elektrik të atomit, ai fiton një ngarkesë pozitive të barabartë në madhësi me ngarkesën e elektronit të larguar. Kjo hapësirë ​​e lirë quhet vrimë.

Meqenëse vendi i lirë mund të zërë një elektron nga një lidhje fqinje, vrima gjithashtu mund të lëvizë brenda kristalit dhe të bëhet një bartës pozitiv i rrymës. Natyrisht, në këto kushte, elektronet dhe vrimat shfaqen në sasi të barabarta, dhe përçueshmëria elektrike e një kristali të tillë ideal do të jetë në mënyrë të barabartë të përcaktohet nga të dyja pozitive dhe ngarkesa negative.

Nëse në vend të një atomi të gjysmëpërçuesit kryesor vendosim një atom papastërtie, shtresa e jashtme elektronike e së cilës përmban një elektron më shumë se atomi i gjysmëpërçuesit kryesor, atëherë një elektron i tillë do të dalë i tepërt, i panevojshëm për formimin e lidhje ndëratomike në kristal dhe të lidhura dobët me atomin e tij. Dhjetëra herë më pak energji mjafton për ta shkëputur atë nga atomi dhe për ta kthyer në një elektron të lirë. Papastërtitë e tilla quhen dhurues, d.m.th., dhurimi i një elektroni "shtesë". Atomi i papastërtisë ngarkohet, natyrisht, pozitivisht, por nuk shfaqet asnjë vrimë, pasi një vrimë mund të jetë vetëm një vend i lirë elektroni në një lidhje ndëratomike të paplotësuar, dhe në në këtë rast te gjitha lidhjet jane te plota. Kjo ngarkesë pozitive mbetet e lidhur me atomin e saj, e palëvizshme dhe, për rrjedhojë, nuk mund të marrë pjesë në procesin e përçueshmërisë elektrike.

Futja e papastërtive në një gjysmëpërçues, guaska e jashtme elektronike e të cilit përmban më pak elektrone sesa në atomet e substancës kryesore, çon në shfaqjen e lidhjeve të pambushura, d.m.th. vrimave. Siç u përmend më lart, ky vend i lirë mund të zërë një elektron nga një lidhje fqinje, dhe vrima është në gjendje të lëvizë lirshëm në të gjithë kristalin. Me fjalë të tjera, lëvizja e një vrime është një kalim sekuencial i elektroneve nga një lidhje fqinje në tjetrën. Papastërtitë e tilla që "pranojnë" një elektron quhen papastërti pranuese.

Me një rritje të sasisë së papastërtive të një lloji ose një tjetër, përçueshmëria elektrike e kristalit fillon të fitojë një karakter elektronik ose vrima gjithnjë e më të theksuar. Në përputhje me shkronjat e para të fjalëve latine negativus dhe pozitivus, përçueshmëria elektrike elektronike quhet përçueshmëri elektrike e tipit i, dhe përçueshmëria e vrimës quhet lloji p, duke treguar se cili lloj i transportuesve të ngarkesës celulare për një gjysmëpërçues të caktuar është kryesori dhe e cila është ajo e vogla.

Me përçueshmëri elektrike për shkak të pranisë së papastërtive (d.m.th., papastërtisë), në kristal mbeten ende 2 lloje transportuesish: të mëdhenj, të cilët shfaqen kryesisht për shkak të futjes së papastërtive në gjysmëpërçues dhe të vegjël, të cilët i detyrohen pamjes së tyre ngacmimit termik. . Përmbajtja në 1 cm3 (përqendrimi) i elektroneve n dhe vrimave p për një gjysmëpërçues të caktuar në një temperaturë të caktuar është një vlerë konstante: n- p = konst. Kjo do të thotë se, duke u rritur për shkak të futjes

Nëse aplikoni një tension të tipit n (polariteti i treguar në figurë) në strukturën metal-dielektrike-gjysmëpërçues, atëherë një fushë elektrike lind në shtresën afër sipërfaqes së gjysmëpërçuesit, duke zmbrapsur elektronet. Kjo shtresë bëhet e varfëruar nga elektronet dhe do të ketë një rezistencë më të lartë. Kur ndryshon polariteti i tensionit, elektronet do të tërhiqen nga fusha elektrike dhe në sipërfaqe do të krijohet një shtresë e pasuruar me rezistencë të reduktuar.

Në një gjysmëpërçues të tipit p, ku bartësit më të shumtë janë ngarkesa pozitive - vrima, polariteti i tensionit që zmbraps elektronet do të tërheqë vrimat dhe do të krijojë një shtresë të pasuruar me rezistencë të reduktuar. Skema e polaritetit në këtë rast do të çojë në zmbrapsjen e vrimave dhe formimin e një shtrese afër sipërfaqes me rezistencë të shtuar.

Vetia tjetër e rëndësishme e gjysmëpërçuesve është ndjeshmëria e tyre e fortë ndaj temperaturës dhe rrezatimit. Ndërsa temperatura rritet, energjia mesatare e vibrimit të atomeve në kristal rritet dhe gjithnjë e më shumë lidhje do të thyhen. Gjithnjë e më shumë çifte elektronesh dhe vrimash do të shfaqen. Në temperatura mjaft të larta, përçueshmëria e brendshme (termike) mund të jetë e barabartë me përçueshmërinë e papastërtive ose edhe ta tejkalojë ndjeshëm atë. Sa më i lartë të jetë përqendrimi i papastërtive, aq më të larta do të jenë temperaturat ky efekt.

Lidhjet gjithashtu mund të prishen duke rrezatuar gjysmëpërçuesin, për shembull, me dritë, nëse energjia e kuanteve të dritës është e mjaftueshme për të thyer lidhjet. Energjia e thyerjes së lidhjeve është e ndryshme për gjysmëpërçues të ndryshëm, kështu që ata reagojnë ndryshe ndaj pjesëve të caktuara të spektrit të rrezatimit.

Kristalet e silikonit dhe germaniumit përdoren si materiale gjysmëpërçuese kryesore, dhe bor, fosfor, indium, arseniku, antimoni dhe shumë elementë të tjerë që u japin vetitë e nevojshme gjysmëpërçuesve përdoren si papastërti. Prodhimi i kristaleve gjysmëpërçues me një përmbajtje të caktuar papastërtie është një proces teknologjik shumë kompleks, i kryer në kushte veçanërisht të pastra duke përdorur pajisje me precizion të lartë dhe komplekse në blloqet e një kompjuteri elektronik. Inxhinierët sot nuk mund të bëjnë pa ndreqës gjysmëpërçues, ndërprerës dhe amplifikues. Zëvendësimi i pajisjeve të llambave me pajisje gjysmëpërçuese ka bërë të mundur zvogëlimin dhjetëfish të madhësisë dhe peshës së pajisjeve elektronike, uljen e konsumit të tyre të energjisë dhe rritjen e ndjeshme.

Marrës radio detektor.

Detektor i rregullt.

Ku fillon një radio amator i ri? Nga marrësi i detektorit. Kjo pajisje e mahnitshme është jashtëzakonisht e thjeshtë. Një spirale teli, një guralec detektori i papërshkrueshëm, kufje. Kjo është e gjithë mençuria. Dhe çfarë fuqie përrallore mishërohet në kombinimin e detajeve të thjeshta! Pyetni njerëzit e brezit të vjetër se kush i bëri marrësit e parë të detektorëve me duart e tyre. Ata do të thonë: ndoshta këto ditë një televizor krejt i ri është më pak argëtues se ato kutitë prej druri.

Këtu marrësi i montuar vendoset solemnisht në tryezë. Krijuesi i saj ngjitet në çati dhe zgjat një antenë të gjatë, tridhjetë deri në dyzet metra. Ai lidh telin që vjen prej tij me marrësin (108) dhe ndërhyn me detektorin për ca kohë. Duke mbështetur fundin e një suste elastike kundër një kristali argjendi të vendosur në një tub qelqi, duhet të ndjeni një pikë të ndjeshme në të. Dhe sapo të arrihet kjo, ndodh "magjia" e shumëpritur: tingëllon muzika ose fjalimi në kufje.

Kristali i detektorit është, ndoshta, gjysmëpërçuesi i parë që ka gjetur aplikim të gjerë praktik. Pse është e nevojshme?

Valët e radios ngacmojnë një fushë elektrike në antenë, e cila ndryshon shpejt drejtimin. Fusha elektrike i vë elektronet në tela në lëvizje. Ata fluturojnë në tel, tani përpara, tani prapa. Lëkundje të tilla elektronike ndodhin qindra mijëra herë në sekondë. Për të dëgjuar transmetimin, ju duhet t'i shkurtoni këto dridhje në gjysmë, duke lënë nëpër kufje vetëm ato lëvizje të elektroneve që drejtohen në një drejtim. Në këtë rast, rryma alternative thuhet se korrigjohet, duke u kthyer në një rrymë direkte pulsuese. Dhe në ndryshimet relativisht të ngadalta në fuqinë e tij (qindra e mijëra dridhje në sekondë) tingujt e transmetuar kapen. Sa më e madhe të jetë forca e rrymës së korrigjuar, që do të thotë se membrana prej çeliku e kufjes tërhiqet më e fortë nga elektromagneti. Rryma dobësohet dhe ajo largohet nga elektromagneti. Membrana dridhet, transmeton dridhjet e saj në ajër dhe valët e zërit përhapen përreth.

Ky, shkurtimisht, është thelbi i funksionimit të marrësit më të thjeshtë të radios. Siç mund ta shihni, përveç telave, këtu kërkohen vetëm dy pajisje: kufje dhe një ndreqës aktual. Detektori vepron si ndreqës.

Kristali, i cili ndodhet në një tub qelqi, është një gjysmëpërçues. Përçueshmëria e tij elektrike, siç e kuptuam mirë më herët, mund të jetë ose elektronike ose vrima. Le të themi se është e pajisur me përçueshmëri elektronike. Por kristali nuk është uniform. Në sipërfaqen e saj ka zona që janë, në një shkallë ose në një tjetër, të bllokuara me papastërti. Mes tyre ka edhe vende ku, nën ndikimin e papastërtive, një gjysmëpërçues elektronik është kthyer në një gjysmëpërçues vrimash. Dhe në kufirin e rajoneve të elektroneve dhe vrimave, shfaqet domosdoshmërisht shtresa e njohur bllokuese - një zonë në të cilën nuk ka as elektrone dhe as vrima.

Le të kujtojmë veçorinë e kësaj shtrese: në njërën anë të saj, elektronet "roje kufitare" qëndrojnë roje. Ata i zmbrapsin të gjitha elektronet e lira thellë në rajonin e elektroneve. Në anën tjetër të kufirit është e njëjta roje vrimash. Ata, siç e mbani mend, zmbrapsin vrima të tjera më thellë në rajonin e vrimës. Me pak fjalë, një fushë elektrike kufitare lind në shtresën bllokuese. Ai kundërshton lëvizjen e elektroneve dhe vrimave në ndërfaqen midis rajoneve të elektroneve dhe vrimave të gjysmëpërçuesit.

Le të aplikojmë një fushë elektrike të jashtme në shtresën bllokuese. Në varësi të drejtimit, ai ose do të shtojë forcën e tij në forcën e rojeve kufitare në gjysmëpërçues (zgjeron shtresën e pengesës), ose, anasjelltas, do të dobësojë dhe madje do të fshijë elektronet dhe vrimat "roje kufitare".

Po sikur të furnizojmë një fushë elektrike alternative, domethënë ndryshim të drejtimit? Natyrisht, shtresa bllokuese do të zgjerohet dhe zhduket periodikisht, roja kufitare ose do të forcohet ose do të hiqet krejtësisht - me kalimin e kohës me ndryshime në drejtimin e fushës së jashtme. Dhe rezultati do të jetë ky: në momentet e zgjerimit të shtresës bllokuese, asnjë rrymë nuk do të rrjedhë nëpër gjysmëpërçues (elektronet dhe vrimat shpërndahen në drejtime të ndryshme); në momentet (110) të zhdukjes së shtresës bllokuese, rryma do të rrjedhë nëpër kristal (elektronet dhe vrimat shkojnë drejt njëra-tjetrës).

Përmblidhni. Pika e ndjeshme e detektorit është një pjesë e sipërfaqes së gjysmëpërçuesit ku bartësit e rrymës janë të ndryshëm nga pjesa tjetër e kristalit. Kjo do të thotë se nën majën e pranverës ka një shtresë mbyllëse. Detektori është i përfshirë në telin që çon nga antena te kufjet. Fusha elektrike e antenës, duke depërtuar në kristal, ose e zgjeron këtë shtresë ose e shkatërron atë. Dhe rryma përmes detektorit rrjedh vetëm në një drejtim - kur elektronet dhe vrimat lëvizin drejt njëri-tjetrit.

Llamba e merkurit - ndreqës AC. Kjo pajisje është e rëndë, joekonomike dhe e brishtë. Më poshtë është një ndreqës gjysmëpërçues i germaniumit, i karakterizuar nga thjeshtësia e dizajnit, besueshmëria dhe efikasiteti i jashtëzakonshëm.

Duhet thënë se ky parim përdoret për të korrigjuar rrymën jo vetëm në marrësin më të thjeshtë të radios. Ndreqës të bërë nga gjysmëpërçuesit - oksid bakri, selen, sulfur bakri dhe Kohët e fundit nga germanium - përdoren gjithnjë e më shumë në teknologji. Mundësitë për përdorimin e tyre janë të mëdha: nga instrumentet e thjeshta matëse deri te stacionet radiofonike, instalimet elektrometalurgjike dhe lokomotivat elektrike. Dhe në shumë raste, gjysmëpërçuesit ndreqës janë provuar të jenë pajisjet më të mira ndreqëse të disponueshme. Koeficienti i tyre veprim i dobishëm arrin 98-99 për qind. Shtojini kësaj fuqinë, besueshmërinë, madhësinë e vogël - dhe do të kuptoni pse prodhimit të ndreqësve gjysmëpërçues iu kushtua vëmendje e veçantë në Direktivat e Kongresit të 20-të të Partisë.

Por le të kthehemi te detektori ynë.

Në kohën kur u shfaqën detektorët e parë, ata ishin ende shumë të papërsosur. Ndonjëherë duhej shumë përpjekje për të gjetur një pikë të ndjeshme. Pranvera vazhdonte të kërcente prej saj. Më duhej të rregulloja marrësin përsëri dhe përsëri. Inxhinierët kanë bërë shumë zgjuarsi në përmirësimin e detektorit.

Pajisjet moderne gjysmëpërçuese janë trashëgimtarët e detektorëve të parë primitivë dhe diodave të tubave vakum.

Në 1919, një radio amator i ri, Oleg Vladimirovich Losev, u interesua për të përmirësuar detektorin. Duke ëndërruar t'ia kushtonte jetën inxhinierisë së radios, ai filloi duke punuar si lajmëtar në laboratorin e parë të radios në Nizhny Novgorod në (112) vendin tonë. Këtu ata vunë re një djalë të ri kureshtar dhe të talentuar. Stafi i laboratorit e ndihmoi atë të përfundonte arsimin e tij dhe Losev shpejt filloi punën e pavarur shkencore. Ai ekzaminoi me kujdes mineralet natyrore të përdorura si detektorë, studioi vetitë e tyre elektrike dhe në vitin 1922 arriti në një zbulim të papritur. Shkencëtari i ri vërtetoi se nëse dy detektorë dhe një bateri elektrike përfshihen në qarkun e marrësit në mënyrë të veçantë, atëherë dridhjet elektrike që hyjnë në kufje mund të përforcohen.

Për atë kohë, zbulimi i Losev ishte shumë i rëndësishëm. Në fund të fundit, një marrës i zakonshëm detektor bëri të mundur dëgjimin vetëm të stacioneve aty pranë. Pritja me rreze të gjatë, veçanërisht në qytetet ku ka shumë ndërhyrje dhe është e vështirë të instalosh një antenë të lartë dhe të gjatë, doli pothuajse e pamundur. Dhe marrësit e Losev, të cilët ai i thirri kristadinët, pranoi me siguri transmetime nga stacione radio relativisht të largëta. Shpikësi ndërtoi edhe pajisje të tjera duke përdorur kristale - gjeneratorë, domethënë ngacmues të lëkundjeve elektrike.

Losev i publikoi menjëherë zbulimet e tij pa i patentuar ose pa kërkuar ndonjë shpërblim monetar për to. Në shumë vende, amatorët e radios filluan të ndërtonin marrës bazuar në planet e tij. revistë amerikane shkroi: "Shpikësi i ri rus përcolli shpikjen e tij në botë." Revista franceze bëri jehonë: (113) “Lavdia shkencore e pret Losev. Ai e bëri publik zbulimin e tij, duke menduar para së gjithash për miqtë e tij - radio amatorë në mbarë botën”.

Për disa vite emri i shpikësit nuk u largua nga faqet e revistave, por më pas filloi të shfaqej gjithnjë e më rrallë. Nga fundi i viteve 20, ideja e tij - të përdorte kristalet për të përforcuar dhe ngacmuar dridhjet elektrike - u harrua. Shkenca nuk është ende e pjekur për zhvillimin krijues, konstruktiv të këtij plani. Nuk kishte asnjë teori të gjysmëpërçuesve, nuk kishte pothuajse asnjë aftësi për të krijuar në mënyrë artificiale substanca të tilla. Të gjitha shpresat e inxhinierëve të radios u përqendruan në një risi tjetër - tubat e radios.

Radioamatorët e brezit të vjetër i kujtojnë mirë vitet e para të marshimit fitimtar të tubave të radios. Në miliona radio, qelqi dhe metali shkëlqyes, këto pajisje delikate dhe të brishta u rreshtuan në rreshta krenarë. Sa perfekte dukeshin në krahasim me detektorët primitivë të gurëve!

Tubat e radios kishin me të vërtetë diçka për të qenë krenarë. Në fund të fundit, me ta patëm mundësinë të dëgjonim radio pa kufje të bezdisshme! Pikërisht atëherë në shtëpitë tona filluan të tingëllojnë altoparlantët e parë.

Çfarë bën një tub radio?

Mbani mend se si e keni larë fytyrën në rubinet këtë mëngjes. Nëse rubineti ishte i rregulluar mirë, mjafton ta prekni pak, dhe rrjedha do të zvogëlohej dukshëm ose, anasjelltas, do të rritej. Përpjekjet e parëndësishme të duarve shkaktuan ndryshime të papritura në rrjedhën e ujit.

Diçka e ngjashme ndodh në një tub radio. Atje, luhatjet delikate në fushën elektrike të antenës ndryshojnë rrjedhën e fuqishme të elektroneve.

Qarku i triodës me vakum. Në të majtë - llamba është "e zhbllokuar"; në të djathtë - "i kyçur".

Si realizohet praktikisht kjo?

Tubi më i thjeshtë i radios është një enë qelqi e çliruar nga ajri. Duke parë brenda, do të shohim tre elektroda metalike të izoluara nga njëra-tjetra: katodën, rrjetën dhe anodin. Katoda dhe anoda përfshihen në një qark elektrik të jashtëm me një të lartë tension konstant. Dhe sinjalet e dobëta të antenës furnizohen në rrjet.

Një filament i hollë katodë nxehet nga rryma elektrike. Prandaj, elektronet fluturojnë prej saj. E kapur fushë e fortë, ata nxitojnë menjëherë në anodë. Por në rrugën e elektroneve është një spirale rrjetë teli. Me fushën e tij të vogël, ai ndikon dukshëm në elektronet fluturuese afër: ose i lejon ata të kalojnë lirshëm, ose ngadalëson fluturimin, duke dobësuar rrymën që rrjedh nëpër llambë, ose, më në fund, i hedh elektronet përsëri në katodë - "kyçen" llambë. Të gjitha ndryshimet e tilla në rrjedhën e elektroneve ndodhin në kohë me ndryshimet në fushën elektrike të rrjetit. Rrjedha e elektroneve është si një rrymë uji në një tub, dhe rrjeta i ngjan një rubineti. Dhe ashtu si lëvizjet e lehta të një rubineti krijojnë goditje të mprehta të ujit në një tub, kështu sinjalet e dobëta të marra nga një antenë shkaktojnë impulse të dukshme të rrymës në një tub radio. (115)

Sinjalet mund të përforcohen shumë herë në disa llamba me radhë. Dhe jo vetëm për ta forcuar atë. Tubat e radios me dy elektroda (pa rrjet) korrigjohen rryma alternative- luajnë rolin e detektorëve. Tubat e radios të pajisur me elektroda shtesë kontrollojnë elektronin që rrjedh jashtëzakonisht imët. Së fundi, nuk është e vështirë të ngacmosh dridhje të ndryshme elektrike në këto pajisje.

Në duart e shkencëtarëve dhe inxhinierëve, tubi i radios është bërë një mjet i fuqishëm i përparimit teknologjik. Duke u përmirësuar vazhdimisht, brenda pak vitesh pushtoi të gjithë teknologjinë e radios. Falë saj, u zhvillua televizioni, u shfaq navigimi i radarit dhe radios, dhe me pjesëmarrjen e saj u ngrit kinemaja e zërit, regjistrimi i tingullit magnetik dhe shumë shpikje të tjera të mrekullueshme. Një revolucion i vërtetë teknik ndodhi, i cili solli në jetë një zonë të re të gjerë njohurish - elektronikë.

Dukej se e ardhmja e inxhinierisë radio ishte e lidhur pazgjidhshmërisht me tubat e radios. Sidoqoftë, kaluan dekada dhe gradualisht u bë e qartë se tubat e radios nuk ishin aq të përsosur.

Gjatë dimrit polar, operatori i radios humbi lidhjen e tij të krijuar me vështirësi - një llambë tjetër u fiku. Piloti e uli avionin pa sukses - llambat e radios në bord nuk mund të përballonin lëkundjet dhe u përkeqësuan. Në shumicën dërrmuese të rasteve, çdo pajisje radio dështoi për shkak të brishtësisë së llambave. Jeta e tyre e shërbimit, e vlerësuar në qindra e mijëra orë, pushoi së kënaquri teknologjinë. Dhe pak nga pak ata fituan një reputacion si elementët më të besueshëm, kapriçioz të sistemit të radios.

Pastaj dimensionet e tubave të radios doli të ishin shumë të mëdha. Në fund të fundit, pajisjet e tjera moderne radio numërojnë më shumë se njëqind, madje më shumë se një mijë prej tyre. Nuk është e lehtë (116) për projektuesin që ta rregullojë këtë pajisje në mënyrë që të mos zërë shumë hapësirë.

E gjithë kjo i detyroi inxhinierët e radios të mendonin seriozisht për zëvendësimin e tubave të radios me disa pajisje të tjera kompakte dhe të besueshme.

Filloi kërkimi për zgjidhje të reja.

Çdo radio me tub, arsyetuan shkencëtarët, kombinon elemente strukturore të pajtueshme me vështirësi: trupat e ngurtë dhe... zbrazëti. Telat, kondensatorët, mbështjelljet, rezistenca - e gjithë kjo është e fortë, e gjithë kjo mund të fiksohet, bëhet fort, për një kohë të gjatë. Po në lidhje me tubat e radios? Për të rritur qëndrueshmërinë, cilindrat e llambave janë bërë nga metali, plastika speciale dhe qeramika. Kjo sigurisht ndihmon. Sidoqoftë, shqetësimi kryesor - zbrazëtia - mbetet. Është e nevojshme të instaloni elektroda komplekse në të dhe të ngrohni filamentin e katodës. Gjithçka atje është e butë, delikate, e frikësuar nga goditjet dhe lëkundjet.

Duket se zbrazëtia është e pazëvendësueshme. Në të, flukset elektronike duket se ekspozohen, bëhen të aksesueshme për rregullim dhe bien nën fuqinë e fushës së dobët elektrike të rrjetit të tubit të radios.

Megjithatë, a është vetëm në zbrazëti që lëvizja e elektroneve mund të kontrollohet?

Po sikur të provojmë një kristal gjysmëpërçues në vend të zbrazëtisë? Natyrisht, është e nevojshme të kaloni një rrymë përmes tij dhe të ndryshoni përçueshmërinë elektrike të kristalit nga jashtë. Por si mund ta ndryshoni atë? A është edhe e mundur të arrihet kjo?

Nga zgjidhja e këtyre çështjeve varej fati i gjithë zhvillimit të mëtejshëm të teknologjisë radio.

Kështu, ideja e O. V. Losev për amplifikatorët dhe oshilatorët mbi kristale u ringjall në një bazë të re. (117)

Sigurisht, shumëçka ka ndryshuar tek ajo. Është bërë jopraktike përdorimi i detektorëve konvencionalë për këtë qëllim. Ata kishin pak efekt. Biseda ishte rreth krijimit të një pajisjeje kristalore që mund të konkurronte me siguri me një tub radio modern.

Nuk gjetëm menjëherë një mënyrë për ta zgjidhur problemin. Kishte shumë dështime fatkeqe, prishje dhe dyshime. Por në fund u gjet përgjigja: po, përçueshmëria e kristalit mund të kontrollohet, është e mundur të krijohet një pajisje gjysmëpërçuese - një zëvendësues për një tub radio. Teoria e pajisjes u zhvillua fizikan amerikan William Shockley. Bashkatdhetarët e tij Bardeen dhe Brattain krijuan në vitin 1948 mostrat e para të pajisjeve të quajtura trioda kristal ose tranzistorë.

Si janë ndërtuar? Ne do të flasim për këtë pak më tej. Së pari, disa fjalë për materialin nga i cili janë bërë.

Triodat kristal janë bërë kryesisht nga gjermani gjysmëpërçues. Ne kemi përmendur tashmë aplikimet e kësaj substance, e cila luajti një rol të madh në zhvillimin e fizikës dhe teknologjisë gjysmëpërçuese. Një faqe tjetër interesante në historinë e shkencës natyrore lidhet me të.

Elementi kristalor germanium është gjysmëpërçuesi më i rëndësishëm. Përpara është një kristal i vetëm i germaniumit.

Në 1869, kur Dmitry Ivanovich Mendeleev krijoi tabelën e tij të famshme periodike, askush nuk dyshoi për ekzistencën e germaniumit. Por kimisti i shkëlqyer, për arsye thjesht teorike, parashikoi zbulimin e tij. Shkencëtari i dha një vend në tabelën e tij shumëkatëshe dhe madje përshkroi paraprakisht se cilat mund të ishin vetitë e tij kryesore. Sipas ligjit periodik, kjo substancë, e panjohur në atë kohë, duhet të ishte në shumë mënyra e ngjashme me elementin e njohur silikon. Mendeleev (118) prandaj ia caktoi emrin konvencional ekasilicium (silicon - Emri latin silikon, dhe parashtesa "eka" në sanskritisht do të thotë "i ngjashëm").

Gjashtëmbëdhjetë vjet më vonë, vizioni i jashtëzakonshëm u realizua. Studiuesi gjerman Winkler gjeti eca-silicon në një nga mineralet natyrore dhe i dha emrin e atdheut të tij. Ishte një triumf i vërtetë i mendimit shkencor.

“Vështirë se është e mundur”, shkroi Winkler, “të gjesh një provë më të habitshme të vlefshmërisë së doktrinës së periodicitetit... Ky nuk është vetëm një konfirmim i një teorie të guximshme; ja ku shohim... një hap të fuqishëm në fushën e dijes”.

Përsëri aplikim praktik element i hapur Në fillim pothuajse nuk e kuptova. Për një kohë të gjatë kristalet e tij me shkëlqim argjendi-gri shërbyen vetëm si ekspozita unike në koleksionet kimike. Por për vitet e fundit germani u bë materiali teknik më i rëndësishëm. Dhe ai arriti kurorën e lavdisë sapo u bë baza e pajisjeve kristalore - zëvendësuesit e tubave të radios.

Këtu është para nesh - një triodë germanium, një kristal, duke zëvendësuar zbrazëtinë, duke zëvendësuar flluskën e qelqit të një tubi radio. Duket si një kërpudhë e vogël me madhësi bizele. Tre tela shtrihen nga kapaku.

Trioda gjysmëpërçuese. Sa më të vogla janë se një tub radio!

Hapeni atë dhe do të shihni se edhe në një pajisje çeliku në miniaturë, pjesa dërrmuese e vëllimit është e zënë (119) nga trupi, guaska. Dhe vetë kristali është dhjetëra herë më i vogël.

Le të kuptojmë se si funksionon pajisja, si kontrollon rrjedhën e elektroneve. Në një stendë metalike të quajtur bazë, një pllakë kristalore e germaniumit me përçueshmëri elektronike është në qetësi. Aktiv sipërfaqja e sipërme Kristali është përpunuar posaçërisht për të krijuar një zonë me përçueshmëri vrimash. Si gjithmonë në raste të tilla, një shtresë bllokuese shfaqet midis zonave të vrimës dhe elektroneve. Skajet e dy telave shumë të hollë platini janë ngjitur krah për krah në sipërfaqen e kristalit. Njëri prej tyre quhet emetues, Të tjera - koleksionist.

Emituesi, kolektori dhe baza janë tre elektrodat e një amplifikuesi kristal. Ato korrespondojnë me katodën, anodën dhe rrjetën e tubit të radios. Por kristali futet në qarkun e amplifikimit ndryshe nga një tub radio.

Burimi i sinjalit të kontrollit është i lidhur midis bazës dhe emetuesit. Ndërrimi bëhet në atë mënyrë që shtresa bllokuese të mos shërbejë si pengesë për sinjalet e kontrollit (fusha elektrike e sinjaleve drejtohet kundër fushës elektrike të shtresës bllokuese). Burimi i rrymës relativisht të lartë të tensionit që do të kontrollohet furnizohet përmes një rezistence në kolektor dhe bazë. Por është përfshirë në drejtim i kundërt në mënyrë që shtresa bllokuese të mos lejojë kalimin e rrymës.

Qarku me triodë gjysmëpërçues.

Skema është gati. Le të dërgojmë një sinjal kontrolli.

Një impuls i fushës elektrike hyn në zonën e vrimës së kristalit përmes telit të emetuesit. Ai thyen një vrimë në shtresën e barrierës dhe tërheq vrima në të. Kështu, vrimat, si të thuash, injektohen nga emetuesi në rajonin elektronik të kristalit. Duke u endur për një kohë të shkurtër në kristal, ata arrijnë të futen nën telin e kolektorit Dhe kur shtresa barriere pasurohet për momentin me vrima, ajo bëhet elektrikisht përçuese për rrymën e tensionit të lartë të lidhur midis bazës dhe kolektorit. Impulsi i kësaj rryme kalon nëpër shtresën e barrierës në drejtimin "të ndaluar". Kjo ndikon menjëherë në gjendjen e qarkut të jashtëm të pajisjes. Aty shfaqet një sinjal i përforcuar. Sa më afër skajet e telave të emetuesit dhe kolektorit të jenë të vendosura në kristal, aq më i rëndësishëm është ai.

Pra, ne përforcuam një sinjal elektrik të dobët duke përdorur një kristal dhe bëmë pa një tub radio. Kristali është i besueshëm. Është e vështirë dhe e qëndrueshme. Nuk do të shpërthejë apo thyhet si një enë qelqi. (121)

Përpunimi i veçantë i kristaleve të germaniumit bën të mundur krijimin e të ashtuquajturave trioda gjysmëpërçuese planare. Në to, kristali është i ndarë në tre relativisht sipërfaqe të mëdha përçueshmëria e elektroneve dhe e vrimave.

Triodat planare nuk kërkojnë tela të hollë plumbi, kështu që ato janë edhe më të forta dhe më të qëndrueshme. Përveç kësaj, ata janë në gjendje të kalojnë rryma më të rëndësishme përmes tyre dhe të funksionojnë më në mënyrë të qëndrueshme.

Përforcuesit gjysmëpërçues dallohen nga një veçori tjetër e jashtëzakonshme - efikasiteti. Në fund të fundit, ata nuk kanë nevojë të harxhojnë energji për ngrohjen e katodës ose krijimin e një fushe të fortë elektrike. Nëse efikasiteti i një tubi radio është një pjesë e përqindjes, atëherë në triodat kristal arrin 50-60 përqind.

Ka një fitim të madh në të gjithë këtë. Sidoqoftë, pajisjet gjysmëpërçuese kanë gjithashtu disavantazhe.

Hyrjet dhe shtresat më të holla, distancat e parëndësishme midis elektrodave - e gjithë kjo, siç duket, duhet ta bëjë triodën kristal me veprim jashtëzakonisht të shpejtë, të aftë për të përforcuar lëkundjet elektrike jashtëzakonisht të shpeshta. Në fakt, pikërisht e kundërta. Në një të ngurtë, në një kristal, elektronet nuk janë aq të lira sa në zbrazëtinë e një tubi radio. Ata duket se janë të kufizuar në aftësinë e tyre për të ndryshuar lëvizjen e tyre, dhe për këtë arsye frekuencat ultra të larta të lëkundjeve elektrike, aq të rëndësishme në inxhinierinë moderne të radios, nuk janë ende të disponueshme për pajisjet kristalore.

Në shumë vende, fizikanët po përpiqen t'i bëjnë pajisjet gjysmëpërçuese më të shkathëta dhe më të shpejta. Është bërë njëfarë përparimi në këtë rrugë. Mjaft efikase, për shembull, janë triodat, në të cilat sipërfaqja e jashtme është elektronike, dhe vetë kristali është i bazuar në vrima. Pastaj emetuesi injekton elektrone në shtresën bllokuese dhe ato janë pothuajse dy herë më të lëvizshme se vrimat. Si rezultat (122), proceset për të cilat folëm ndodhin shumë më shpejt. Triodat moderne kristalore të këtij lloji arrijnë të përforcojnë deri në dhjetë milionë lëkundje elektrike çdo sekondë.

Janë shfaqur edhe përforcues kristal më të avancuar - tetrodes- me katër zona gjysmëpërçuesish me përçueshmëri të ndryshme. Ndër kristalet, këta janë mbajtës të rekordeve për veprimin më të shpejtë. Ata ngacmojnë ose amplifikojnë dhjetëra, qindra, madje mijëra miliona lëkundje elektrike në sekondë. Lëkundjet më të shpeshta mbeten dhe, padyshim, do të mbeten domeni i elektronikës vakum,

Ka disavantazhe të tjera për pajisjet e reja. Nuk është ende e mundur të bëhen pajisje me fuqi të lartë duke përdorur kristale. Germanium i ndryshon shumë vetitë e tij kur nxehet. Përforcuesit e gjermaniumit nuk mund të përballojnë me vështirësi temperaturat e rritura. Kjo është arsyeja pse kohët e fundit njerëzit preferojnë gjithnjë e më shumë të bëjnë pajisje kristalore nga silikoni. Ata janë më pak kapriçioz.

Vërtetë, një zgjidhje interesante është e mundur këtu: mbyllja e amplifikatorëve të vegjël kristalorë në frigoriferë elektrikë gjysmëpërçues po aq miniaturë (ju lexoni për ta më lart - në kapitullin "Ndjekja e nxehtësisë"). Eksperimente të tilla kryhen dhe japin rezultate të mira.

Megjithatë, ndonjëherë ndodh që një përforcues kristal, pavarësisht nga të gjitha masat e mundshme, ndryshon papritmas vetitë e tij pa asnjë arsye të dukshme. Pajisjet e të njëjtit lloj nuk funksionojnë gjithmonë në të njëjtën mënyrë. Ekziston vetëm një arsye: tiparet e pajisjeve gjysmëpërçuese nuk janë studiuar mjaftueshëm, dhe teknologjia për prodhimin e tyre nuk është zhvilluar plotësisht. Prandaj, është krejtësisht e gabuar të mendohet se tubat e radios kudo do të zëvendësohen menjëherë nga gjysmëpërçuesit.

Gjysmëpërçuesit gjithashtu rezultojnë të jenë shumë të dobishëm në zhvillimin e elektronikës vakum. Ato përdoren për të prodhuar burime të reja shumë efikase të elektroneve për tubat radio, pajisje që ndezin një shkarkim në ndreqës të merkurit (123) dhe shumë më tepër. Jo armiqësi, por konkurrencë miqësore po shpaloset midis gjysmëpërçuesve dhe pajisjeve vakum.

Në të dyja fushat, ka shumë punë kërkimore përpara, kërkimi për sisteme të reja, zgjidhje të reja të projektimit. Elektronika me vakum është pasuruar me shpikje të jashtëzakonshme. Në të njëjtën kohë, pajisjet radio gjysmëpërçuese po përmirësohen çdo vit. Një ushtri e madhe shkencëtarësh, inxhinierësh dhe radioamatorësh punon pa u lodhur, duke i hapur rrugën kristaleve me punën e tyre.

Gjithçka në lidhje me një pajisje kristalore është kompakte dhe e thjeshtë. Por kjo thjeshtësi nuk është e lehtë. Punimi i filigranit është vendosur në një amplifikator gjysmëpërçues në miniaturë.

Së pari, boshllëku i germaniumit u sharrua me një sharrë diamanti në pllakat më të holla në një makinë speciale. Ju as nuk mund t'i merrni në dorë - ato janë kaq të vogla. Megjithatë, ato u renditën dhe u pastruan me solucione kimike. Duke parë përmes një mikroskopi, tela thuajse të padukshme u ngjitën në kristal dhe skajet e kundërta ishin ngjitur në tela më të trashë. Pastaj e lyen pajisjen me një llak mbrojtës, e mbyllën në një strehë dhe i mbushën të gjitha zbrazëtitë me plastikë të veçantë. Disa operacione duhej të kryheshin në një mjedis pa ajër dhe montimi i saktë monitorohej vazhdimisht matjet elektrike. Por kjo është larg përfundimit të çështjes. Do të ketë ende shumë probleme me amplifikatorin gjysmëpërçues përpara se ai të jetë përfundimisht gati.

Pothuajse e gjithë kjo punë bizhuterish bëhet me dorë. Dhe është e lehtë të imagjinohet se çfarë përvojë e madhe, çfarë aftësie të shkëlqyera duhet të kenë montuesit e pajisjeve radio gjysmëpërçuese.

Inxhinierët dhe shkencëtarët tani po bëjnë presion për mekanizimin dhe (124) madje edhe automatizimin e prodhimit të diodave dhe triodave kristal.

Në vend të një sharre diamanti, ultratingulli filloi të përdoret për të prerë germanium dhe silikon. Tehu i briskut të sigurisë, i lidhur me shufrën vibruese shpesh të gjeneratorit tejzanor, zhytet në kristalin e brishtë si një thikë tavoline në gjalpë. Dhe në mënyrën e zakonshme, përpunimi i një gjysmëpërçuesi tjetër kristalor është po aq i vështirë sa, të themi, prerja e një ylli të modeluar nga një krisur çaji. Ultratingulli kursen materiale këtu (përftohet pakrahasueshëm më pak tallash, nuk nevojitet diamant i çmuar), përshpejton punën dhe më e rëndësishmja hap mundësinë e mekanizimit të tij.

Zbatohet gjithashtu mënyrë origjinale përpunimi elektrokimik i kristaleve. Për disa lloje të triodave gjysmëpërçuese planare, është e nevojshme të merren pllaka germanium jashtëzakonisht të holla (0,005 milimetra). Ju nuk do t'i merrni ato me ndonjë përfundim mekanik. Por ende u gjet një rrugëdalje.

Fluturat e holla të solucionit gravurë drejtohen në një pllakë kristalore të germaniumit nga të dyja anët. Ata luajnë njëkohësisht rolin e telave: rryma elektrike nga bateria kalon përmes tyre përmes shtresës gjysmëpërçuese. Për një e gjysmë deri në dy minuta, kristali gërryhet me këtë metodë elektrokimike. Në të dy anët e pllakës së germaniumit formohen vrima, midis të cilave mbetet një shtresë e hollë gjysmëpërçuesi.

Pastaj sipërfaqja e filmit është e veshur me shtresa metalike duke përdorur të njëjtën metodë elektrokimike.

Gjatë përpunimit, është e nevojshme të rregullohet vazhdimisht dhe jashtëzakonisht imët forca e rrymës në avionët e tretësirës dhe në gjysmëpërçues. Rregullimi kryhet me një rreze drite të drejtuar në pllakën e germaniumit. Në fund të fundit, ky gjysmëpërçues rrit ndjeshëm përçueshmërinë e tij kur ndriçohet. Sa më e fortë të jetë drita e drejtuar në të - dhe aq më e madhe është përçueshmëria elektrike e pllakës; për rrjedhojë rriten si rryma (125) që kalon nëpër të, ashtu edhe rrymat e solucionit gravurë.

Në prodhimin e triodave planare përdoret edhe fenomeni i difuzionit - depërtimi i ngadalshëm i atomeve të një lënde në trashësinë e tjetrës.

Propozohen gjithashtu teknika të tjera mahnitëse për prodhimin e pajisjeve radio kristal.

Disa shkencëtarë besojnë se mund të jetë e mundur të rriten kristale me shtresa të ndryshme. Sipas një numri ekspertësh, do të jetë e mundur të krijohen sisteme të tëra radio-elektronike në një kristal të vogël - ashtu si kimistët kanë prodhuar prej kohësh kristale të zakonshme nga solucionet. Një marrës radio i ndërtuar në një balonë ose në kanaçe me mjete kimike! Çfarë mund të jetë më e mahnitshme!

Shfaqen edhe makina unike argjendarie për montimin e amplifikatorëve kristal. Teknologjia po shkon drejt bërjes së prodhimit të pajisjeve gjysmëpërçuese me të vërtetë në masë dhe duke i bërë ato edhe më të vogla. Inxhinierët tani po flasin seriozisht për krijimin e një matrice me vëllimin e kubit të një fëmije mijë trioda kristal. Dhe ata jo vetëm që flasin, por edhe punojnë shumë për këtë problem.

Një zbulim i madh nuk mbetet kurrë i izoluar. Ai shtron detyra të reja dhe ushqen mendimin krijues në fusha të ngjashme. Kjo shihet veçanërisht qartë në shembullin e futjes së gjysmëpërçuesve në inxhinierinë radio.

Sapo u krijuan mostrat e para të amplifikatorëve kristalorë, u bë e qartë se madhësia e pajisjeve radio mund të zvogëlohej në mënyrë dramatike. Por menjëherë lindi pyetja: po për antenën? A do të mbetet vërtet aq gjatë si më parë? Apo, të themi, mbështjellje induksioni, kondensatorë? Në fund të fundit, nëse ato nuk zvogëlohen, do të ketë një disproporcion (126) - dhe jo vetëm në madhësinë e pjesëve, por edhe në nivelin e tyre teknik. Në fakt, vendosja e një spirale të rëndë teli pranë një përforcuesi të vogël gjysmëpërçues, ideal në thjeshtësi dhe përsosmëri, është ndoshta e njëjtë me ndezjen e trenave të metrosë me qirinj. Kështu që detyra u bë e pjekur: të transformohen fjalë për fjalë të gjithë komponentët e radios, të ripajisni të gjitha pajisjet praktike të radios.

Dhe përsëri, gjysmëpërçuesit erdhën në shpëtim këtu, kryesisht materiale të quajtura ferritet.

Të gjithë kanë parë një magnet patkua. Do ta gjeni në një altoparlant, në çdo gjenerator elektrik, në një magneto makine. Magnetët e përhershëm kanë një pengesë serioze - ato janë të rënda. Për t'i bërë ato më të lehta, shkencëtarët e metaleve kanë zhvilluar lidhje speciale. Disa prej tyre janë mjaft të vlefshme. Por ju ende nuk mund ta bëni metalin shumë të lehtë.

Le të vërejmë një veçori tjetër të metalit materiale magnetike: Janë përcjellës të shkëlqyer të elektricitetit. Kjo pronë përdoret në mënyrë të dobishme në një numër rastesh - për shembull, gjatë ngurtësimit me frekuencë të lartë. Një fushë alternative përshpejton elektronet në metal. Ka vorbulla rrymash elektrike që rrisin shpejt temperaturën. Kjo është ajo që kërkohet këtu. Por në raste të tjera, ngrohja është e dëmshme.

Merrni, për shembull, thelbin e një transformatori. Nuk ka nevojë të ngrohet fare. Në fund të fundit, kjo kërkon energji shtesë. Përveç kësaj, rrymat vorbull parandalojnë demagnetizimin dhe magnetizimin e shpejtë të metalit magnetik dhe ngadalësojnë procese të tilla. Dhe pajisjet moderne radio shpesh kërkojnë shumë "të shkathët" substancave magnetike.

Elektricistët dhe inxhinierët e radios bëjnë shumë punë për të hequr qafe rryma vorbullash. U vendos që bërthamat e transformatorëve, mbytjeve dhe mbështjelljeve të bëheshin nga pllaka të holla hekuri të veshura me llak izolues. Bërthamat e tilla bëheshin nga një masë izoluese e ndërthurur me fije hekuri. Kjo solli disa përfitime (127), por unë doja më shumë. Idealja do të ishte gjetja e substancave të lehta magnetike që nuk përcjellin pothuajse asnjë rrymë elektrike.

Kjo është pikërisht ajo që rezultuan të ishin ferritet.

Ferritet kanë një pamje krejtësisht të përditshme. Pllaka, unaza, shufra gri-të zeza që nuk bien në sy. Ato janë bërë nga substancat më të zakonshme të përhapura në natyrë - oksidet e hekurit dhe disa metale të tjera. Atyre u përket edhe magnetiti i zakonshëm i xehes.

Edhe në shekullin e kaluar, kimistët e dinin përbërjen e komponimeve të tilla, të tyre strukturën e brendshme, vetitë themelore. Dukej se shkenca kohë më parë kishte marrë prej tyre gjithçka që ata mund t'i jepnin njeriut.

Por në realitet doli ndryshe. Disa vite më parë, fizikanët filluan të studiojnë ferritet. Filluan t'i grijnë në pluhur, t'i përziejnë në përmasa të ndryshme, t'i shtypin, t'i djegin dhe t'i përziejnë. Dhe doli që nëse materiale të tilla përpunohen në një mënyrë të veçantë, ato fitojnë kombinime të ndryshme dhe shumë të vlefshme vetitë elektrike me ato magnetike.

Ndër ferritet, ka materiale që magnetizohen me shpejtësi rrufeje edhe në një fushë magnetike të dobët dhe gjithashtu ndryshojnë shpejt magnetizimin në kohë me ndryshimet në fushën magnetike. Një shufër e mbështjellë me tela prej një materiali të tillë mund të shërbejë si një antenë e shkëlqyer.

Shufra të tilla tani mund të shihen në shumë radio dhe televizione të reja. Antenat janë aq të vogla sa që montohen direkt në strehë. Për shembull, marrësi Dorozhny është i pajisur me një antenë me gjatësi sa një laps. Ai zëvendëson shumë metra tela metalike. Një antenë magnetike e ferritit mund të jetë edhe madhësia e një ndeshjeje! (128)

Bërthamat e ferritit për mbështjellje, transformatorë, mbytje janë një dhuratë e mrekullueshme për inxhinierinë radio. Duke pasur një bërthamë të tillë, nuk ka më nevojë për trillime në luftën kundër rryma vorbullash, kujdesuni për shpejtësinë e përmbysjes së magnetizimit. Është e vështirë të besohet se një spirale e vogël e substancës përçuese elektrike e aplikuar me një furçë mbi një pllakë ferriti (me fjalë të tjera, e tërhequr) do të luajë të njëjtin rol në marrës që luan zakonisht një i madh. spirale induksioni bërë prej teli.

Sigurisht, një spirale jo vetëm që mund të vizatohet, por edhe të shtypet. Nuk është e vështirë të printosh si përçuesit lidhës ashtu edhe detaje të tilla si rezistenca (nga rruga, ato tani mund të bëhen në madhësinë e një pike që një laps i mprehur ashpër lë në letër). Më në fund, madje është e mundur të printohen kondensatorë, por jo në ferrit, por në pllaka të bëra nga substanca të tjera - ferroelektrike, për shembull nga të ashtuquajturat titanatet e bariumit.

Titanatet e bariumit dhe substanca të tjera të ngjashme janë gjithashtu materiale të mrekullueshme për inxhinierinë moderne të radios. Disa vite më parë u zbuluan pronat e tyre të vlefshme fizikan sovjetik Anëtar korrespondues i Akademisë së Shkencave të BRSS B. M. Bul. Duke përdorur ato, është e mundur të bëhen kondensatorë të vegjël (129) - varikonda - me veti të jashtëzakonshme, për të krijuar antena miniaturë dhe pajisje të tjera që thjeshtojnë ndjeshëm pajisjet radio.

Futja e diodave dhe triodave kristalore, pjesëve ferrite, varikondeve tregon se edhe sistemet komplekse radio - transmetues të tërë radio ose marrës radio - mund të reduktohen në madhësi të papërfillshme. Hapet mundësia për t'i krijuar ato tërësisht në një mënyrë tipografike unike, të ngjashme me mënyrën se si prodhohen kartolinat ose pullat postare.

Çdo pajisje radio duhet të furnizohet me energji elektrike. Duhen dhjetëra vat për të përdorur një marrës në shtëpi. Ato janë marrë nga rrjeti i ndriçimit, nga bateritë dhe së fundmi nga gjeneratorët termoelektrikë që tashmë janë të njohur për ne.

Po sikur radiot të kishin madhësinë e një pulle postare dhe të qepen thjesht në xhaketën e një xhakete? A do të duhet gjithashtu të kyçen në rrjet ose të lidhen me bateri të rënda dhe të mëdha?

Jo, furnizime të tilla me energji elektrike nuk nevojiten për një pajisje radio gjysmëpërçuese miniaturë. Do të kërkojë dhjetëra, qindra, madje mijëra herë më pak energji sesa pajisjet moderne radio konvencionale. Prandaj, një bateri e vogël do të jetë e mjaftueshme për të, të cilën, nga rruga, ata tani kanë mësuar ta bëjnë të gjerë dhe të qëndrueshme.

Këtu është një prej tyre - është gjysma e madhësisë së një ndeshjeje. Pesha e tij është 5 gram, jeta e shërbimit është më shumë se një vit. Ka bateri të madhësisë së butonit me jetëgjatësi dyvjeçare. Ka edhe bateri të vogla.

Ndoshta edhe më interesante është e ashtuquajtura bateri atomike. Periudha e vlefshmërisë së saj të vazhdueshme është më shumë se njëzet vjet. (130)

Dizajni i një baterie atomike ngjan me një fotocelë të valvulës gjysmëpërçuese, vetëm burimi i energjisë në të nuk është drita, por rrezatimi radioaktiv. Një kristal silikoni, në të cilin rajonet e elektroneve dhe të vrimave krijohen me përpunim të veçantë, është i veshur me një shtresë stronciumi radioaktiv, një substancë që nuk është e vështirë të merret në një kazan bërthamor. Kur i nënshtrohen kalbjes, atomet e stronciumit lëshojnë të ashtuquajturat rreze beta, domethënë thjesht një rrymë elektronesh.

Secila prej tyre, duke hyrë në një gjysmëpërçues, lëshon rreth dyqind mijë elektrone përçueshmërie në të.

Një bateri e tillë mund të ndërtohet në marrësin e radios pikërisht në kohën e prodhimit të saj dhe do të shërbejë derisa marrësi të vjetërohet (mund të garantoni që kjo do të ndodhë me siguri pas njëzet vjetësh).

Sidoqoftë, pajisjet radio gjysmëpërçuese ndonjëherë nuk kanë bateri fare. Energjia mund t'u sigurohet atyre, për shembull, nga fotocelat e valvulave - kurthe të dritës. Kohët e fundit, një radio marrës xhepi "solar" me katër amplifikues kristal u ndërtua nga inxhinierë të një kompanie amerikane. Thjesht mbajeni në dritë për një kohë, dhe më pas mund të funksionojë për pesëqind orë në errësirë ​​të plotë. Pesha e këtij marrësi është 280 gram.

Më në fund, amatorët e radios dolën me një mënyrë tjetër të mahnitshme për të fuqizuar një pajisje radio pa bateri. Një radio e vogël gjysmëpërçuese ofron energji elektrike... zëri i një personi është pikërisht zëri që transmetohet përmes radios.

Ju jeni duke folur në mikrofon. Atje, tingujt e zërit shndërrohen në impulse elektrike. Një pjesë e energjisë nga rryma pulsuese që rezulton dërgohet në një transmetues radio për t'u përforcuar dhe shndërruar në valë radio. Dhe pjesa tjetër e rrymës së mikrofonit zbutet në një pajisje të veçantë dhe shkon në fuqi të njëjtin transmetues (131), dhe në të njëjtën kohë marrësin që merr sinjale radio përgjigjeje. Me ndihmën e kristaleve gjysmëpërçuese, tingulli shndërrohet në valë radio. I gjithë ky sistem është jashtëzakonisht kompakt: stacioni i radios përshtatet në kutinë e mikrofonit.

Le të pyesim një inxhinier radioje dhe entuziast gjysmëpërçues:

Çfarë lloj madhësive më të vogla a mund të arrijnë pajisjet radio në kristale?

Inxhinieri do të ngre supet:

Në ditët e sotme, ekspertët nuk do të habiten kur lexojnë një raport për një radio marrës sa një kokërr gruri!

Duke e admiruar këtë mrekulli, këtë arritje mahnitëse të shkencës, ne në të njëjtën kohë mendojmë në mënyrë të pavullnetshme për mundësitë e shërbimit të saj praktik. Dhe nëse po flasim për një marrës me madhësinë e një kokrre gruri, lind pyetja: pse një pajisje e tillë radio mikroskopike? Është i përshtatshëm vetëm për radio-fiksim të milingonave, duket si një xhingël, si plesht çeliku, të cilin Leskov e përshkroi në tregimin "Lefty". Mbani mend, një "njollë" e vogël që duhej të mbështillej me një çelës dhe më pas filloi të kërcente. Nëse një pajisje e vogël radio përshtatet me pleshtin e Leskovit, atëherë çfarë dobie ka? Absolutisht asnjë.

Sigurisht, inxhinieria radio e bazuar në gjysmëpërçues nuk përpiqet për reduktimin përfundimtar të pajisjeve radio. Qëllimi nuk është të vendosni rekorde në miniaturë, por të vendosni pajisjet më të avancuara në vëllime të përshtatshme.

Si është ajo?

Një radio marrës kompleks (132) me madhësinë e një kuti cigaresh nuk është bërë një gjë e rrallë. E fut në xhep dhe dëgjon radion në trolejbus rrugës për në punë.

Instalimi i radios transmetuese dhe marrëse në kristale mund të vendoset në një kuti shkrepse. Kjo është një ndihmë e madhe, për shembull, në sport. Një parashutist, i cili për herë të parë u hodh nga një aeroplan në humnerën e ajrit, bisedon me shokun e tij me përvojë në tokë, dëgjon këshillat e tij të qeta. Trajneri i jep udhëzime skiatorit, nottarit dhe vrapuesit të sllallomit nëpërmjet radios.

Sa të dobishëm janë stacione të tilla radio në miniaturë në industrinë e ndërtimit! Përgjegjësi i muraturës do të jetë në gjendje të mbajë vazhdimisht kontakte me operatorin e vinçit. Nuk do të jetë nevoja të tendosni zërin duke bërtitur, klithmat e “imjave” dhe të “virës” do të bëhen një gjë e së shkuarës dhe nuk do të ketë nevojë për zëra.

Tjetra janë mundësitë e reja. Imagjinoni telefonin e së ardhmes. Ky është ose një rekord i vogël në xhepin e xhaketës, ose, të themi, një stilolaps i pajisur posaçërisht: në njërën anë është një mikrofon, nga ana tjetër është një kufje si një lis.

Telefoni do të ketë tela të panevojshëm. Valët radio ultra të shkurtra do të lidhë apartamentet, fabrikat dhe institucionet tona me makina dhe aeroplanë, me me trena hekurudhor dhe këmbësorët. Një person do të jetë në gjendje të kryejë biseda telefonike kudo, në çdo kohë, me çdo pikë. Ky problem po diskutohet seriozisht këto ditë në faqet e revistave speciale. Ekziston tashmë një term i pranuar përgjithësisht për një lidhje të tillë - "universale".

A mendoni se është e mundur të luash futboll me një radio transmetues?

Një pyetje nga një njeri që ka humbur mendjen, ju thoni.

Rezulton se kjo përgjigje është shumë e nxituar.

Radio pajisjet gjysmëpërçuese tani janë bërë aq të forta dhe të besueshme sa mund të ngjiten në gomën e topit pa rrezikun që pajisjet të dëmtohen nga goditjet e lojtarëve të futbollit. Çfarë dobie ka kjo? Pse keni nevojë për një stacion radio në top?

E zakonshme në Amerikë lojë sportive golf. Ata godasin një top të vogël të fortë me një shkop - ai kërcen lart, rrotullohet, godet vrimat, por ndonjëherë humbet në bar ose shkurre. Lojtarët ndonjëherë duhet ta kërkojnë atë për një kohë të gjatë. Dhe kështu, për të shpejtuar kërkimin në mënyrë që topat të mos zhduken, ata propozuan instalimin e transmetuesve radio gjysmëpërçues në to. Pavarësisht se sa i ngushtë është topi, transmetuesi i radios në të funksionon pa pushim. Ai lëshon një sinjal radio që mund të merret nga një marrës me një antenë drejtimi të integruar në shkopin e luajtësit. Nëse (134) topi humbet, lojtari vendos një shkop radioje në vesh dhe gjen lehtësisht drejtimin nga i cili dëgjohet "zëri" i topit që mungon. Tani është shumë e lehtë për ta gjetur atë.

Vërtetë, ky përdorim i amplifikatorëve gjysmëpërçues është më shumë një natyrë reklamuese sesa praktike. Për të njëjtin qëllim, transmetuesit e radios në kristale janë montuar në një çekiç të zakonshëm hidraulik. Mund ta goditni me çekiç sa të doni, pajisja nuk do të ndalojë së punuari.

Ka shumë çudira të ngjashme inxhinierike radio dhe lodra gjysmëpërçuese që po bëhen tani. Ato japin një ide veçanërisht të qartë për vlerën më të madhe praktike të diodave dhe triodave kristal. Pajisjet, të cilat jemi mësuar t'i konsiderojmë delikate dhe të brishta, fitojnë forcën e gurit. Mund të instalohet në një raketë me lartësi të madhe, madje edhe në një predhë artilerie - për të studiuar fluturimin e saj. Në mjedisin më të ethshëm do të shërbejë pa dështuar.

Sa të forta të palëkundshme bëhen pajisjet radio të aeroplanëve, helikopterëve dhe anijeve me ardhjen e gjysmëpërçuesve. Goditjet më të forta dhe lëkundjet më të forta nuk janë më të frikshme!

Ne kemi dhënë vetëm disa shembuj të shërbimit të jashtëzakonshëm të teknologjisë së radios gjysmëpërçuese. Ndoshta nuk janë më zbuluesit.

Por tani është ende shumë e vështirë të parashikohet e gjithë shumëllojshmëria e pasur e mundësive për përdorimin e gjysmëpërçuesve në këtë fushë. Pothuajse çdo ditë sjell lajme për zbulime të reja, zgjidhje të reja.

Fotografia në të djathtë tregon pamjen e mundshme të një televizori të montuar tërësisht në gjysmëpërçues. Në vend të një tubi me rreze katodë, ai do të përdorë një lloj ekrani të sheshtë ndriçues me një rrjetë metalike.

Ata po ndërtojnë pajisje regjistrimi të zërit në madhësinë e një grope boje. Një televizor është krijuar pa një tub vakum, me një ekran të sheshtë. Mund të varet në mur si një foto, ose të vendoset në tavolinë si një kalendar tavoline. Një ditë do të ketë edhe televizorë xhepi - video telefona në stilin e një fletoreje.

Pianoja u shpik rreth dyqind e pesëdhjetë vjet më parë. Violina, violonçeli dhe gypat e ndryshëm prej bakri e druri janë krijuar edhe më herët.

Gjatë shekujve, ata të gjithë kanë arritur përsosmërinë më të lartë. Mund të themi me besim: nuk mund të nxirrni një tingull më të bukur se në instrumentet muzikore moderne nga telat, kallamishtet dhe shtyllat vibruese të ajrit. Por a do të thotë kjo se është e pamundur të krijohen tinguj më të bukur? Sigurisht që jo. Gjatë dekadave të fundit, janë shfaqur entuziastë të muzikës së re - elektrike. Ata ndërtuan shumë instrumente me zëra të mrekullueshëm, të panjohur më parë, aty lindin, transformohen dhe përforcohen dridhjet elektrike. Prandaj, të gjitha instrumentet muzikore elektrike kanë disavantazhet e radiove me tuba: ato janë jetëshkurtër, të rëndë dhe të rëndë. Për shembull, instrumenti me një zë emiriton peshon rreth 90 kilogramë. Shume!

Në ditët e sotme, entuziastët e muzikës elektrike po marrin me padurim zhvillimin e gjysmëpërçuesve. Tashmë janë ndërtuar organet e para elektrike me oshilatorë dhe amplifikues kristal. Do të kalojnë disa vite - dhe tubacionet, këmbanat dhe vargjet e mrekullueshme elektrike do të tingëllojnë në shtëpitë tona, në parqe dhe në rrugë. Kompozitorët do të fillojnë të krijojnë jo vetëm partitura, por edhe timbra të reja. Do të shfaqen instrumente muzikore elektrike të lehta dhe të besueshme, të arritshme për të gjithë dhe që nuk kërkojnë shumë vite studim për t'u zotëruar.

Të pasuruar me shkencë, kulturën muzikore do të bëhet edhe më afër popullit.

Kulmi i elektronikës moderne janë padyshim pajisjet kompjuterike. Ata kryejnë llogaritje komplekse matematikore, përdorin makina, përkthen tekste nga një gjuhë në tjetrën dhe zgjidhin probleme shahu. Një person i jep një makine një "udhëzim" dhe më pas ajo vetë, në disa orë apo edhe minuta, kryen një punë titanike llogaritëse - punë që do të kërkonte vite të gjata puna e qindra njerëzve.

Kompjuterët elektronikë janë jashtëzakonisht kompleks dhe të rëndë. Ata zënë salla të mëdha, ndonjëherë ndërtesa të tëra. Dhe secili ka mijëra tuba radio. Nuk është e vështirë të kuptosh se çfarë efekti të jashtëzakonshëm jep këtu përdorimi i gjysmëpërçuesve. Makinat e numërimit në çipa kërkojnë disa herë më pak hapësirë, janë shumë më të lehta, pakrahasueshme më ekonomike në konsumin e energjisë (137) dhe më e rëndësishmja - më të besueshme. Një unazë ferriti prej tre milimetrash, e kryqëzuar nga disa tela të hollë, mund të zëvendësojë një palë radio tubash dhe disa pjesë të tjera në një makinë numërimi. Ferritet e llojeve të tjera luajnë rolin e qelizave unike të memories së një pajisjeje elektronike numërimi.

Në të ardhmen, padyshim që do të ketë kompjuterë desktop, dhe ndoshta edhe me madhësi xhepi, të bazuar në gjysmëpërçues. Këto do të jenë mjete të mekanizimit vërtet gjithëpërfshirës të punës jo vetëm fizike, por edhe mendore të një personi.

Një nga komponentët e një kompjuteri elektronik që përdor tuba vakum. Në të majtë është i njëjti montim në pjesët e ferritit.

Teknologjia e llogaritjes elektronike do t'u vijë në ndihmë meteorologëve dhe ne do të marrim parashikime të sakta astronomike të motit. Kontabilistët, bibliotekarët dhe dispeçerët do të udhëzojnë makinat të përpilojnë katalogë të ndryshëm, raporte informacioni, plane dhe raporte statistikore.

Të lidhur me semaforët, kompjuterët do të rregullojnë trafikun rrugor.

U bënë eksperimentet e para në kontrollin automatik të lëvizjeve të avionëve nga toka. Duke ndjekur komandat nga një kompjuter elektronik, avioni ngrihet në mënyrë të pavarur, ngrihet, kryen manovra dhe ulet në vendin e dëshiruar (138). Sa larg ka lënë pas ky automatizim i mrekullueshëm makinën “me shikim” të historisë fantashkencë!

Në industri pajisjet elektronike do të menaxhojë punishte dhe fabrika të tëra. Një person do t'i detyrojë ata të lëshojnë lëndë të para, të kontrollojnë dhe ndryshojnë teknologjinë, të renditin dhe numërojnë produktet. Dhe kudo këtu gjysmëpërçuesit do të ofrojnë shërbim pa probleme.

Koha jonë quhet fillimi i epokës atomike. Një emër i justifikuar, por i paplotë. Ribërja e planetit për të mirën e njerëzimit përfshin shumë fitore të mëdha për shkencën. Këtu janë arritjet fizika bërthamore, dhe zhvillimi i shpejtë i elektronikës dhe përparimi i fizikës së gjysmëpërçuesve dhe sukseset e mahnitshme të kimisë. Ekziston një teknologji e fuqishme dhe e zgjuar në energji, metalurgji, inxhinieri mekanike, ndërtim dhe bujqësi.

Studimi i gjysmëpërçuesve ecën përpara në unison me të gjitha degët më të rëndësishme të njohurive të sakta dhe industrisë, duke u mbështetur në përvojën e tyre shumëvjeçare.

Nga ana tjetër, fizika e gjysmëpërçuesve pasuron fushat e lidhura të shkencës dhe teknologjisë.

Doli, për shembull, se materiale gjysmëpërçuese janë katalizatorë të shkëlqyer – përshpejtues të proceseve kimike. Anëtari korrespondues i Akademisë së Shkencave të BRSS S.Z. Roginsky vuri në dukje në një konferencë shkencore se deri vonë kimistët ishin në pozicionin e "borgjezëve të vegjël midis fisnikërisë". Heroi i Molierit nuk dyshonte se ai kishte folur në prozë gjatë gjithë jetës së tij dhe kimistët nuk e dinin se në shumë procese kimike kishin të bënin me gjysmëpërçuesit, me proceset elektronike në gjysmëpërçuesit.

Industria e instrumenteve duhet të zotërojë një veçori tjetër (139) të gjysmëpërçuesve - zhvendosjen e rrymës elektrike në to nën ndikimin e një fushe magnetike të jashtme. Mbi këtë bazë, është e mundur të krijohen busulla jashtëzakonisht të ndjeshme dhe të sakta, të ndërtohen pajisje që janë të afta të zbulojnë lëvizjen e objekteve deri në një të dhjetë milionët e milimetrit!

Fizika e gjysmëpërçuesve gjithashtu duhej të ndeshej me një fushë të tillë të papritur njohurish për këtë shkencë si fiziologjia. Rezulton se edhe këtu dukuritë elektronike luajnë një rol të rëndësishëm. Fiziologu hungarez E. Ernst jo shumë kohë më parë vuri re se një numër i tipare karakteristike proceset nervore gjejnë një shpjegim të thjeshtë nëse supozojmë se disa formacione strukturore të nervave janë një lloj ndreqësish gjysmëpërçues. Kush e di, ndoshta kirurgët, duke përdorur disa gjysmëpërçues ende të panjohur, do të mësojnë të bëjnë nerva artificialë!

Vetitë mekanike të substancave gjysmëpërçuese ende nuk janë studiuar mjaftueshëm. Ndërkaq, fusha e një kërkimi të tillë është e gjerë dhe mirënjohëse. Disa gjysmëpërçues janë jashtëzakonisht të fortë dhe rezistent ndaj nxehtësisë—i rezistojnë temperaturave mbi 4000 gradë! Ndoshta, dhomat e djegies së motorëve dhe pajisjeve të anijeve kozmike ndërplanetare do të ndërtohen një ditë nga materiale të tilla motorët bërthamorë.

Studimi i sotëm i gjysmëpërçuesve ka ngritur para nesh vetëm një cep të velit të kohës që fsheh të nesërmen. Por edhe në këtë çarje pamë shumë. Në qytetin e së nesërmes hasëm ndërtesa të ngrohura nga ngrica, në shkretëtirë - kurthe mahnitëse të energjisë rrezatuese. Ne parashikuam lindjen e energjisë diellore. Ne pamë përhapjen universale të teknologjisë së re të radios, marshimin fitimtar të makinerive në miniaturë me vizion dhe kujtesë dhe kapëm tingujt e instrumenteve muzikore të padëgjuara.

Këto janë kokrrat e së ardhmes sonë. Por ato nuk janë të lehta për t'u marrë. (140) Duhen kapërcyer mijëra pengesa të mëdha dhe të vogla, duhet zhvilluar më tej teoria e gjysmëpërçuesve - jo vetëm kristalorë, por edhe të qelqtë dhe të lëngshëm, dhe duhen gjetur mënyra më të mira për pastrimin dhe përpunimin e tyre.

Heroi i Punës Socialiste, Akademiku A.F. Ioffe, shkencëtari më i vjetër sovjetik që i kushtoi më shumë se një çerek shekulli punës në fushën e fizikës së gjysmëpërçuesve, thotë: “Po hyjmë në një epokë të re të përparimit teknik. Kemi forcë dhe aftësi të mjaftueshme, morale dhe materiale, për të zgjidhur probleme të çdo shkalle në vitet e ardhshme, në dekadat e ardhshme”.

Shkencëtarët dhe inxhinierët e vendit Sovjetik presin me besim përpara. Njerëz me ëndrra të guximshme, mendje të kthjellëta, entuziastë të palodhur të shkencës, ata sot po përgatisin atë që nesër do të bëhet pronë e popullit, që do të përfshihet në shekujt e panumërt të komunizmit që do të vijnë.

Gjysmëpërçuesi më i famshëm është silikoni (Si). Por përveç tij, ka edhe shumë të tjerë. Një shembull janë materiale të tilla gjysmëpërçuese natyrale si përzierja e zinkut (ZnS), cupriti (Cu 2 O), galena (PbS) dhe shumë të tjera. Familja e gjysmëpërçuesve, duke përfshirë gjysmëpërçuesit e sintetizuar në laboratorë, përfaqësojnë një nga klasat më të gjithanshme të materialeve të njohura për njeriun.

Karakteristikat e gjysmëpërçuesve

Nga 104 elementet e tabelës periodike, 79 janë metale, 25 janë jometale, nga të cilët 13 kanë veti gjysmëpërçuese dhe 12 kanë veti dielektrike. Dallimi kryesor midis gjysmëpërçuesve është se përçueshmëria e tyre elektrike rritet ndjeshëm me rritjen e temperaturës. Në temperatura të ulëta ata sillen si dielektrikë, dhe në temperatura të larta sillen si përçues. Kështu ndryshojnë gjysmëpërçuesit nga metalet: rezistenca e një metali rritet në raport me rritjen e temperaturës.

Një tjetër ndryshim midis një gjysmëpërçuesi dhe një metali është se rezistenca e një gjysmëpërçuesi bie nën ndikimin e dritës, ndërsa ky i fundit nuk ndikon në një metal. Përçueshmëria e gjysmëpërçuesve gjithashtu ndryshon kur futet një sasi e vogël papastërtie.

Gjysmëpërçuesit gjenden midis përbërjeve kimike me një shumëllojshmëri strukturash kristalore. Këta mund të jenë elementë të tillë si silikoni dhe seleniumi, ose komponime binare si arsenidi i galiumit. Shumë poliacetileni (CH) n, - materiale gjysmëpërçuese. Disa gjysmëpërçues shfaqin veti magnetike (Cd 1-x Mn x Te) ose ferroelektrike (SbSI). Të tjerët, me doping të mjaftueshëm, bëhen superpërçues (GeTe dhe SrTiO 3). Shumë nga superpërcjellësit e zbuluar së fundmi me temperaturë të lartë kanë faza gjysmëpërçuese jometalike. Për shembull, La 2 CuO 4 është një gjysmëpërçues, por me formimin e një aliazhi me Sr ai bëhet një superpërçues (La 1-x Sr x) 2 CuO 4.

Tekstet e fizikës përcaktojnë gjysmëpërçuesin si material me rezistenca elektrike nga 10 -4 në 10 7 Ohm m. Një përkufizim alternativ është gjithashtu i mundur. Hendeku i brezit të gjysmëpërçuesit është nga 0 në 3 eV. Metalet dhe gjysmëmetalet janë materiale me hendek energjie zero, dhe substancat në të cilat ai kalon 3 eV quhen izolues. Ka përjashtime. Për shembull, diamanti gjysmëpërçues ka një gjerësi brezi prej 6 eV, GaAs gjysmë izolues - 1.5 eV. GaN, një material për rajonin blu, ka një hendek brezi prej 3.5 eV.

Hendeku i energjisë

Orbitalet e valencës së atomeve në një rrjetë kristalore ndahen në dy grupe të niveleve të energjisë - brezi i lirë, i vendosur në nivelin më të lartë dhe që përcakton përçueshmërinë elektrike të gjysmëpërçuesve, dhe brezi i valencës, i vendosur më poshtë. Këto nivele, në varësi të simetrisë së rrjetës kristalore dhe përbërjes së atomeve, mund të kryqëzohen ose të vendosen në një distancë nga njëri-tjetri. Në rastin e fundit, midis zonave shfaqet një hendek energjie ose, me fjalë të tjera, një zonë e ndaluar.

Vendndodhja dhe mbushja e niveleve përcakton vetitë e përçueshmërisë elektrike të substancës. Në bazë të këtij kriteri, substancat ndahen në përçues, izolues dhe gjysmëpërçues. Hendeku i brezit të një gjysmëpërçuesi varion midis 0,01-3 eV, dhe hendeku i energjisë i dielektrikut kalon 3 eV. Metalet nuk kanë boshllëqe energjetike për shkak të mbivendosjes së niveleve.

Gjysmëpërçuesit dhe dielektrikët, ndryshe nga metalet, kanë një brez valence të mbushur me elektrone, dhe brezi i lirë më i afërt, ose brezi i përcjelljes, është i rrethuar nga brezi i valencës nga një hendek energjie - një rajon i energjive të ndaluara të elektroneve.

Në dielektrikë, energjia termike ose një fushë e vogël elektrike nuk është e mjaftueshme për të bërë një kërcim përmes këtij hendeku, elektronet nuk hyjnë në brezin e përcjelljes. Ata nuk janë në gjendje të lëvizin përgjatë rrjetës kristalore dhe të bëhen bartës të rrymës elektrike.

Për të filluar përçueshmërinë elektrike, një elektroni në nivelin e valencës duhet t'i jepet energji që do të ishte e mjaftueshme për të kapërcyer hendekun e energjisë. Vetëm duke thithur një sasi energjie jo më të vogël se madhësia e hendekut të energjisë, elektroni do të lëvizë nga niveli i valencës në nivelin e përcjelljes.

Nëse gjerësia e hendekut të energjisë tejkalon 4 eV, ngacmimi i përçueshmërisë së gjysmëpërçuesit nga rrezatimi ose ngrohja është praktikisht i pamundur - energjia e ngacmimit të elektroneve në temperaturën e shkrirjes është e pamjaftueshme për të kërcyer nëpër zonën e hendekut të energjisë. Kur nxehet, kristali do të shkrihet derisa të ndodhë përçimi elektronik. Substanca të tilla përfshijnë kuarcin (dE = 5.2 eV), diamantin (dE = 5.1 eV) dhe shumë kripëra.

Papastërtia dhe përçueshmëria e brendshme e gjysmëpërçuesve

Kristalet e pastër gjysmëpërçues kanë përçueshmërinë e tyre. Të tillë gjysmëpërçues quhen gjysmëpërçues të brendshëm. Gjysmëpërçuesi i brendshëm përmban numër të barabartë vrimat dhe elektronet e lira. Kur nxehet, përçueshmëria e brendshme e gjysmëpërçuesve rritet. Në një temperaturë konstante, lind një gjendje e ekuilibrit dinamik në numrin e produkteve të formuara. çiftet elektron-vrima dhe numri i elektroneve dhe vrimave rikombinuese, të cilat mbeten konstante në kushte të dhëna.

Prania e papastërtive ka një efekt të rëndësishëm në përçueshmërinë elektrike të gjysmëpërçuesve. Shtimi i tyre ju lejon të rritni shumë numrin e elektroneve të lira me një numër të vogël vrimash dhe të rrisni numrin e vrimave me një numër të vogël elektronesh në nivelin e përcjelljes. Gjysmëpërçuesit e papastërtive janë përçues me përçueshmëri të papastërtive.

Papastërtitë që heqin dorë lehtësisht nga elektronet quhen papastërti dhuruese. Papastërtitë e dhuruesve mund të jenë elementë kimikë me atome, nivelet e valencës së të cilëve përmbajnë më shumë elektrone sesa atomet e substancës bazë. Për shembull, fosfori dhe bismuti janë papastërti dhuruese të silikonit.

Energjia e nevojshme që një elektron të kërcejë në rajonin e përcjelljes quhet energji aktivizimi. Gjysmëpërçuesit e papastërtive kanë nevojë për shumë më pak se substanca kryesore. Me ngrohje ose ndriçim të lehtë, kryesisht lëshohen elektronet e atomeve të gjysmëpërçuesve të papastërtive. Një vrimë zë vendin e elektronit që largohet nga atomi. Por rikombinimi i elektroneve në vrima praktikisht nuk ndodh. Përçueshmëria e vrimës së dhuruesit është e papërfillshme. Kjo ndodh sepse numri i vogël i atomeve të papastërtive pengon që elektronet e lira t'i afrohen shpesh vrimës dhe ta zënë atë. Elektronet ndodhen pranë vrimave, por nuk janë në gjendje t'i mbushin ato për shkak të nivelit të pamjaftueshëm të energjisë.

Një shtim i lehtë i një papastërtie dhuruese rrit numrin e elektroneve përçuese me disa renditje të madhësisë në krahasim me numrin e elektroneve të lira në gjysmëpërçuesin vendas. Elektronet këtu janë bartësit kryesorë të ngarkesave të atomeve të gjysmëpërçuesve të papastërtive. Këto substanca klasifikohen si gjysmëpërçues të tipit n.

Papastërtitë që lidhin elektronet e një gjysmëpërçuesi, duke rritur numrin e vrimave në të, quhen papastërti pranuese. Papastërtitë e pranuesit janë elementë kimikë me më pak elektrone në nivelin e valencës se gjysmëpërçuesi bazë. Bori, galiumi, indiumi janë papastërti pranuese të silikonit.

Karakteristikat e një gjysmëpërçuesi varen nga defektet në strukturën e tij kristalore. Kjo është arsyeja e nevojës për të rritur kristale jashtëzakonisht të pastra. Parametrat e përçueshmërisë së gjysmëpërçuesit kontrollohen duke shtuar dopantë. Kristalet e silikonit dopohen me fosfor (një element i nëngrupit V), i cili është një dhurues, për të krijuar një kristal silikoni të tipit n. Për të marrë një kristal me përçueshmëri vrimash, bori pranues futet në silikon. Në mënyrë të ngjashme krijohen gjysmëpërçuesit me një nivel Fermi të kompensuar për ta zhvendosur atë në mes të hendekut të brezit.

Gjysmëpërçuesit me një element

Gjysmëpërçuesi më i zakonshëm është, natyrisht, silikoni. Së bashku me germaniumin, ai u bë prototipi për një klasë të gjerë gjysmëpërçuesish që kanë struktura të ngjashme kristalore.

Si dhe Ge janë të njëjta si diamanti dhe α-kallaj. Në të, çdo atom është i rrethuar nga 4 atomet më të afërt, të cilët formojnë një tetraedron. Ky koordinim quhet bashkërendim katërfish. Kristalet e lidhura tetradrike janë bërë thelbësore për industrinë e elektronikës dhe luajnë një rol kyç në teknologjinë moderne. Disa elementë të grupit V dhe VI të tabelës periodike janë gjithashtu gjysmëpërçues. Shembuj të këtij lloji të gjysmëpërçuesit janë fosfori (P), squfuri (S), seleniumi (Se) dhe teluri (Te). Në këta gjysmëpërçues, atomet mund të kenë koordinim të trefishtë (P), të dyfishtë (S, Se, Te) ose katërfish. Si rezultat, elementë të ngjashëm mund të ekzistojnë në disa struktura të ndryshme kristalore dhe mund të prodhohen gjithashtu si xhami. Për shembull, Se është rritur në strukturat kristalore monoklinike dhe trigonale ose si xhami (i cili gjithashtu mund të konsiderohet një polimer).

Diamanti ka përçueshmëri të shkëlqyer termike, mekanike të shkëlqyer dhe karakteristikat optike, forcë e lartë mekanike. Gjerësia e hendekut të energjisë është dE = 5,47 eV.

Silikoni është një gjysmëpërçues i përdorur në me energji diellore, dhe në formë amorfe - në qelizat diellore me shtresë të hollë. Është gjysmëpërçuesi më i përdorur në qelizat fotovoltaike, është i lehtë për t'u prodhuar dhe ka veti të mira elektrike dhe mekanike. dE = 1,12 eV.

Germanium është një gjysmëpërçues i përdorur në spektroskopinë gama dhe qelizat fotovoltaike me efikasitet të lartë. Përdoret në diodat dhe transistorët e parë. Kërkon më pak pastrim se silikoni. dE = 0,67 eV.

Seleni është një gjysmëpërçues që përdoret në ndreqëset e selenit, të cilët kanë rezistencë të lartë ndaj rrezatimit dhe aftësi vetë-shëruese.

Lidhje me dy elemente

Vetitë e gjysmëpërçuesve të formuar nga elementët e grupeve 3 dhe 4 të tabelës periodike ngjajnë me 4 grupe. Kalimi nga grupi 4 i elementeve në përbërjet e grupit 3-4. i bën lidhjet pjesërisht jonike për shkak të kalimit të ngarkesës së elektronit nga atomi i grupit 3 në atomin e grupit 4. Jonikiteti ndryshon vetitë e gjysmëpërçuesve. Është arsyeja e rritjes së ndërveprimit ndërjonik të Kulombit dhe energjisë së thyerjes së energjisë në strukturën e brezit të elektroneve. Një shembull i një përbërjeje binar të këtij lloji është antimonidi i indiumit InSb, arsenidi i galiumit GaAs, antimonid galiumi GaSb, fosfidi i indiumit InP, antimonidi i aluminit AlSb, fosfidi i galiumit GaP.

Joniteti rritet dhe vlera e tij rritet edhe më shumë në përbërjet e substancave të grupeve 2-6, si selenide kadmium, sulfur zinku, sulfur kadmiumi, telurid kadmium, selenid zinku. Si rezultat, shumica e komponimeve të grupeve 2-6 kanë një hendek brezi më të gjerë se 1 eV, me përjashtim të përbërjeve të merkurit. Teluridi i merkurit është një gjysmëpërçues pa hendek energjie, një gjysmëmetal, si α-kallaj.

Gjysmëpërçuesit e grupeve 2-6 me një hendek të madh energjie përdoren në prodhimin e lazerëve dhe ekraneve. Komponimet binare të grupeve 2-6 me një hendek të ngushtë të energjisë janë të përshtatshme për marrës infra të kuqe. Përbërjet binare të elementeve të grupeve 1-7 (bromidi i bakrit CuBr, jodidi i argjendit AgI, kloruri i bakrit CuCl) për shkak të jonikitetit të tyre të lartë kanë një hendek brezi më të gjerë se 3 eV. Ata në fakt nuk janë gjysmëpërçues, por izolues. Një rritje në energjinë e kohezionit të kristalit për shkak të ndërveprimit ndërjonik të Kulombit nxit strukturimin e atomeve me koordinim gjashtëfish dhe jo kuadratik. Përbërjet e grupeve 4-6 - sulfidi i plumbit dhe teluridi, sulfuri i kallajit - janë gjithashtu gjysmëpërçues. Shkalla e jonikitetit të këtyre substancave gjithashtu kontribuon në formimin e koordinimit të gjashtëfishtë. Jonikiteti i konsiderueshëm nuk i pengon ata të kenë boshllëqe të brezit shumë të ngushtë, gjë që u lejon atyre të përdoren për marrjen e rrezatimit IR. Nitridi i galiumit, një përbërje prej 3-5 grupesh me një hendek të gjerë energjetik, ka gjetur aplikim në LED që veprojnë në pjesën blu të spektrit.

GaAs, arsenidi i galiumit, është gjysmëpërçuesi i dytë më i popullarizuar pas silikonit, i përdorur zakonisht si një substrat për përçues të tjerë, si GaInNA dhe InGaAs, në LED IR, çipa dhe transistorë me frekuencë të lartë, qeliza fotovoltaike me efikasitet të lartë, dioda lazer, dhe detektorë të rrezatimit bërthamor. dE = 1.43 eV, gjë që bën të mundur rritjen e fuqisë së pajisjeve në krahasim me silikonin. Është i brishtë, përmban më shumë papastërti dhe është i vështirë për t'u prodhuar.

ZnS, sulfid zinku - kripë zinku acid sulfid hidrogjeni me një gamë brezi prej 3.54 dhe 3.91 eV, përdoret në lazer dhe si fosfor.

SnS, sulfur kallaji - gjysmëpërçues që përdoret në fotorezistorë dhe fotodioda, dE= 1.3 dhe 10 eV.

Oksidet

Oksidet e metaleve janë përgjithësisht izolues të shkëlqyer, por ka përjashtime. Shembuj të këtij lloji të gjysmëpërçuesve janë oksidi i nikelit, oksidi i bakrit, oksidi i kobaltit, dioksidi i bakrit, oksidi i hekurit, oksidi i europiumit, oksidi i zinkut. Meqenëse dioksidi i bakrit ekziston në formën e mineralit të cupritit, vetitë e tij janë studiuar gjerësisht. Procedura për rritjen e këtij lloji të gjysmëpërçuesit ende nuk është kuptuar plotësisht, kështu që përdorimi i tyre është ende i kufizuar. Një përjashtim është oksidi i zinkut (ZnO), një përbërës i grupit 2-6 që përdoret si konvertues dhe në prodhimin e shiritave ngjitës dhe ngjitësve.

Situata ndryshoi në mënyrë dramatike pasi superpërcjellshmëria u zbulua në shumë përbërje të bakrit me oksigjen. Superpërcjellësi i parë me temperaturë të lartë i zbuluar nga Müller dhe Bednorz ishte një përbërje e bazuar në gjysmëpërçuesin La 2 CuO 4 me një hendek energjie prej 2 eV. Duke zëvendësuar lantanin trevalent me barium ose stroncium dyvalent, transportuesit e ngarkesës së vrimës futen në gjysmëpërçues. Arritja e përqendrimit të kërkuar të vrimës e kthen La 2 CuO 4 në një superpërçues. NË kohë të dhënë Temperatura më e lartë e kalimit në gjendjen superpërcjellëse i përket përbërjes HgBaCa 2 Cu 3 O 8. Në presionin e lartë të gjakut vlera e tij është 134 K.

ZnO, oksid zinku, përdoret në varistorë, LED blu, sensorë gazi, sensorë biologjikë, veshje dritaresh për të reflektuar dritën infra të kuqe, si përcjellës në ekranet LCD dhe qelizat diellore. dE=3,37 eV.

Kristal me shtresa

Komponimet binare si diodidi i plumbit, selenidi i galiumit dhe disulfidi i molibdenit dallohen nga struktura e tyre kristalore me shtresa. Forca të rëndësishme veprojnë në shtresa, shumë më të forta se lidhjet van der Waals midis vetë shtresave. Gjysmëpërçuesit e këtij lloji janë interesantë sepse elektronet sillen pothuajse dy-dimensionale në shtresa. Ndërveprimi i shtresave ndryshohet nga futja e atomeve të palëve të treta - ndërthurja.

MoS 2, disulfidi i molibdenit përdoret në detektorë, ndreqës, memristorë, transistorë me frekuencë të lartë. dE=1,23 dhe 1,8 eV.

Gjysem percjelles organike

Shembuj të gjysmëpërçuesve të bazuar në komponimet organike janë naftaleni, poliacetileni (CH 2) n, antraceni, polidiacetileni, ftalocianidet, polivinilkarbazoli. Gjysmëpërçuesit organikë kanë një avantazh ndaj atyre inorganik: ata janë të lehtë për të dhënë cilësitë e dëshiruara. Substancat me lidhje të konjuguara të formës -C=C-C= kanë jolinearitet optik të rëndësishëm dhe, për shkak të kësaj, përdoren në optoelektronikë. Përveç kësaj, zonat e hendekut të energjisë së gjysmëpërçuesve organikë ndryshojnë duke ndryshuar formulën e përbërjes, e cila është shumë më e lehtë se ajo e gjysmëpërçuesve konvencionale. Alotropet kristalore të karbonit, fullerenit, grafenit dhe nanotubave janë gjithashtu gjysmëpërçues.

Fullereni ka një strukturë në formën e një poliedri të mbyllur konveks të një numri çift atomesh karboni. Dhe dopingu i fulleren C 60 metal alkali e kthen atë në një superpërçues.

Grafeni formohet nga një shtresë monotomike karboni e lidhur në një rrjetë gjashtëkëndore dydimensionale. Ka përçueshmëri termike rekord dhe lëvizshmëri të elektroneve, ngurtësi të lartë

Nanotubat janë pllaka grafiti të mbështjellë në një tub, me diametër disa nanometra. Këto forma të karbonit premtojnë shumë në nanoelektronikë. Në varësi të ngjitjes, ato mund të shfaqin cilësi metalike ose gjysmëpërçuese.

Gjysmëpërçuesit magnetikë

Komponimet me jone magnetike të europiumit dhe manganit kanë veti interesante magnetike dhe gjysmëpërçuese. Shembuj të gjysmëpërçuesve të këtij lloji janë sulfidi i europiumit, selenidi i europiumit dhe zgjidhje të ngurta, e ngjashme me Cd 1-x- Mn x Te. Përmbajtja e joneve magnetike ndikon në mënyrën se si vetitë magnetike si antiferromagnetizmi dhe ferromagnetizmi shfaqen në substanca. Gjysmëpërçuesit gjysmëmagnetikë janë zgjidhje të ngurta magnetike të gjysmëpërçuesve që përmbajnë jone magnetikë në përqendrime të vogla. Zgjidhje të tilla solide tërheqin vëmendjen për shkak të premtimit të tyre dhe potencialit të madh për aplikime të mundshme. Për shembull, ndryshe nga gjysmëpërçuesit jomagnetikë, ata mund të arrijnë një rrotullim një milion herë më të madh Faraday.

Efektet e forta magneto-optike të gjysmëpërçuesve magnetikë i lejojnë ata të përdoren për modulim optik. Perovskitet si Mn 0,7 Ca 0,3 O 3 kanë veti më të larta se kalimi metal-gjysmëpërçues, varësia e drejtpërdrejtë e të cilit nga fusha magnetike rezulton në fenomenin e magnetorezistencës gjigante. Përdoret në inxhinierinë radio, instrumente optike, të cilat kontrollohen nga një fushë magnetike, në përcjellësit e valëve të pajisjeve me mikrovalë.

Ferroelektrike gjysmëpërçuese

Ky lloj kristalesh dallohet nga prania e momentet elektrike dhe shfaqja e polarizimit spontan. Për shembull, veti të tilla posedojnë gjysmëpërçuesit titanati i plumbit PbTiO 3, titanati i bariumit BaTiO 3, teluridi i germaniumit GeTe, teluridi i kallajit SnTe, të cilët në temperatura të ulëta kanë veti ferroelektrike. Këto materiale përdoren në pajisjet optike jolineare, pajisjet e ruajtjes dhe sensorët piezoelektrikë.

Shumëllojshmëri materialesh gjysmëpërçuese

Përveç substancave gjysmëpërçuese të përmendura më sipër, ka shumë të tjera që nuk bëjnë pjesë në asnjë nga llojet e listuara. Komponimet e elementeve me formulën 1-3-5 2 (AgGaS 2) dhe 2-4-5 2 (ZnSiP 2) formojnë kristale në strukturën e kalkopiritit. Lidhjet e komponimeve janë tetraedrale, të ngjashme me gjysmëpërçuesit e grupeve 3-5 dhe 2-6 me një strukturë kristalore të përzierjes së zinkut. Përbërjet që formojnë elementet e gjysmëpërçuesve të grupeve 5 dhe 6 (si As 2 Se 3) janë gjysmëpërçues në formën e një kristali ose xhami. Kalkogjenidet e bismutit dhe antimonit përdoren në gjysmëpërçues gjeneratorë termoelektrikë. Karakteristikat e këtij lloji të gjysmëpërçuesit janë jashtëzakonisht interesante, por ato nuk kanë fituar popullaritet për shkak të aplikimeve të tyre të kufizuara. Megjithatë, fakti që ato ekzistojnë konfirmon praninë e zonave ende të paeksploruara të fizikës së gjysmëpërçuesve.

Le të përgatisim një gjysmëpërçues. Ju tashmë keni pasur sukses një herë - kur keni kthyer një lugë alumini në një ndreqës aktual. Tani përvoja nuk është më pak interesante, dhe me shpjegime teorike. Është më mirë ta bëni atë në një klub kimie ose në një laborator shkolle, dhe jo sepse eksperimenti është i rrezikshëm: thjesht ka shumë të ngjarë që nuk i keni substancat e nevojshme në shtëpi.

E para - përvoja paraprake. Përgatitni një tretësirë ​​të nitratit të plumbit ose acetatit dhe kaloni sulfid hidrogjeni përmes tij (punoni nën draft!). Thajeni sulfidin e precipituar të plumbit PbS dhe kontrolloni se si ai përçon elektricitetin. Rezulton se ky është izoluesi më i zakonshëm. Pra, çfarë lidhje kanë gjysmëpërçuesit me të?

Le të mos nxitojmë në përfundime, por le të bëjmë eksperimentin e mëposhtëm themelor. Për të do t'ju duhet të përgatisni në sasi të barabarta, le të themi 15 ml secila, një tretësirë ​​3% të tiokarbamidit NH 2 C(S)NH 2 dhe një tretësirë ​​6% të acetatit të plumbit. Hidhni të dy tretësirat në një gotë të vogël. Duke përdorur piskatore, futni një pjatë qelqi në tretësirë ​​dhe mbajeni vertikalisht (ose sigurojeni në këtë pozicion). Duke veshur doreza gome, derdhni në gotë një tretësirë ​​të koncentruar të soluçës pothuajse deri në majë (me kujdes!) dhe përzieni me shumë kujdes me një shufër qelqi, duke u përpjekur të mos prekni pjatën me të. Ngroheni pak tretësirën derisa të shfaqet avulli; Vazhdoni të trazoni. Pas rreth dhjetë minutash, hiqni me kujdes pjatën e qelqit, lajeni nën ujë të rrjedhshëm dhe thajeni.

Dhe në këtë rast, ju keni sulfur plumbi - pra cili është ndryshimi?

Në eksperimentin e dytë, reagimi vazhdon ngadalë, dhe precipitati nuk formohet menjëherë. Nëse e vëzhgonit tretësirën, vini re se në fillim ajo u bë e turbullt dhe u bë pothuajse si qumështi, dhe vetëm atëherë u errësua - këto përbërje të ndërmjetme, duke u dekompozuar, formuan sulfid të zi të plumbit. Dhe ajo vendoset në xhami në formën e një filmi të hollë të zi, i cili përbëhet nga kristale shumë të vogla që janë të dukshme vetëm nën një mikroskop. Prandaj, filmi duket shumë i lëmuar, pothuajse si pasqyrë.

Lidhni dy kontakte elektrike në film dhe kaloni rrymën. Nëse sulfuri i plumbit sillej si një dielektrik në eksperimentin e mëparshëm, tani ai përçon rrymë! Lidhni një ampermetër në qark, matni rrymën dhe llogaritni rezistencën: do të jetë më e lartë se ajo e metaleve, por jo aq e madhe sa të shërbejë si pengesë për kalimin e rrymës.

Sillni llambën e ndezur shumë afër pllakës dhe ndizni përsëri rrymën. Menjëherë do të zbuloni se rezistenca e sulfurit të plumbit ka rënë ndjeshëm. Filmi i zi do të sillet afërsisht në të njëjtën mënyrë nëse thjesht nxehet. Por nëse përçueshmëria rritet me dritën dhe ngrohjen, atëherë kemi të bëjmë me një gjysmëpërçues!

Pse sulfuri i plumbit e ka këtë veti? Ne e shkruajmë formulën e saj si PbS, por përbërja e vërtetë e kristaleve të kësaj substance nuk korrespondon plotësisht me të. Disa komponime, duke përfshirë sulfidin e plumbit, nuk i binden ligjit të përbërjes konstante. Dhe ata janë të gjithë gjysmëpërçues. (E njëjta gjë, nga rruga, vlen edhe për oksidin e aluminit, i cili korrigjonte rrymën alternative.)

Në një kristal PbS, rendi i renditjes së grimcave, me sa duket, duhet të përsëritet rreptësisht. Por shpesh, për faktin se përqendrimet e tretësirave nga të cilat përftohen kristalet luhaten, rendi prishet. Ndihet ndikimi i temperaturës dhe shkaqeve të tjera të jashtme. Megjithatë, në një kristal të vërtetë raporti i atomeve të squfurit dhe plumbit nuk është saktësisht 1:1. Devijimet nga ky raport janë shumë të vogla, vetëm rreth 0.0005. Por kjo mjafton që pronat të ndryshojnë ndjeshëm.

Atomet e plumbit dhe squfurit janë të lidhur në një kristal nga dy elektrone: plumbi ia dhuron ato squfurit. Epo, kur prishet raporti 1:1? Nëse nuk ka atom squfuri pranë atomit të plumbit, elektronet do të jenë të lira - ato do të shërbejnë si bartës të rrymës. Dhe raste të tilla nuk janë aq të pakta sa mund të duken. Sigurisht, raporti 1.0005:1 është pothuajse i barabartë me unitetin, por nëse mbani mend sa atome ka në një kristal, atëherë ky ndryshim i vogël nuk do t'ju duket më aq i parëndësishëm.

Përbërja e sulfurit të plumbit mund të rregullohet. Kjo është e nevojshme për të ndryshuar përçueshmërinë e saj. Kur ka më shumë atome squfuri në kristal, përçueshmëria zvogëlohet, dhe kur ka më pak prej tyre, formohen më shumë elektrone të lira dhe rritet përçueshmëria. Me pak fjalë, duke ndryshuar raportin e atomeve të squfurit dhe plumbit, mund të merrni përçueshmërinë e kërkuar. Ky eksperiment nuk është i lehtë për t'u kryer; Nëse nuk guxoni të bëni një eksperiment, pranoni fjalën time se do të funksionojë.

Merrni një tub kuarci dhe vendosni një varkë me sulfur plumbi në të. Në anën tjetër, futni të njëjtën varkë me plumb në tub dhe ngrohni tubin shumë në mënyrë që plumbi të fillojë të avullojë. Në këtë rast, sulfidi do të thithë avujt, do të pasurohet me plumb dhe përçueshmëria e tij elektrike do të rritet ndjeshëm.

Mbetet vetëm për t'iu përgjigjur pyetjes pse sulfuri i plumbit është kaq i ndjeshëm ndaj dritës. Kuantë të lehta u japin energji elektroneve, dhe në çdo rast specifik, rrezet me një gjatësi vale të caktuar janë më efektive. Për sulfidin e plumbit, ky është rrezatim termik infra të kuqe. Kjo është arsyeja pse ne ju këshilluam që ta afroni llambën me filmin.

Nga rruga, marrësit e rrezatimit infra të kuqe zakonisht përdorin një gjysmëpërçues të shkëlqyer - sulfid plumbi.

O. Holguin. "Eksperimente pa shpërthime"
M., "Kimi", 1986

Struktura kristalore kuptohet si një fazë e ngurtë e një substance, rregullimi i atomeve dhe molekulave të së cilës shfaq një model të caktuar, të paktën në zonat mikroskopike. Në këtë rast, atomet formojnë një rrjetë kristalore dhe një kombinim i caktuar i atomeve ose qelizave njësi përsëritet në çdo drejtim. Një kristal gjysmëpërçues formohet si rezultat i grupimit të një numri të madh atomesh në vende të caktuara në një rrjetë kristali, të cilat mund të konsiderohen molekulë e madhe. Vetitë rrjetë kristali të përcaktojë të gjitha vetitë e gjysmëpërçuesve.

Monokristal- një kristal i vetëm, është rritur artificialisht nga shkrirjet dhe tretësirat.

Polikristal- një trup i ngurtë i përbërë nga shumë kristale (kokrriza), grilat kristalore të kokrrizave fqinje zakonisht keqorientohen në kënde të matura në gradë dhe dhjetëra gradë. Shumica e vetive të gjysmëpërçuesve shoqërohen me aftësinë për të ndryshuar përçueshmërinë e tyre elektrike nën ndikimin e faktorë të ndryshëm. Përçueshmëria e gjysmëpërçuesve mund të kontrollohet duke kontrolluar hyrjen sasi e vogël atomet e papastërtive.

Faktorët që ndikojnë në vetitë elektrike të përçuesve janë efektet e trajtimit të nxehtësisë në një atmosferë të gazrave të ndryshëm, struktura e materialit, si dhe gjendja e sipërfaqes së gjysmëpërçuesit, ndryshimet në vetitë e tij nën ndikimin e fushave elektrike dhe magnetike. . Gjermania dhe silici karakterizohen nga grila të tipit diamanti. Rrjeta elementare kristalore e tipit të diamantit ka simetri kubike, kështu që si bazë mund të zgjidhet një sistem koordinativ drejtkëndor (x y z). Në teknologjinë e prodhimit të IC, zakonisht përdoren indekset Miller, të cilët përcaktojnë pozicionin e planeve kristalore ose drejtimet kristalografike pingul me rrafshet përkatëse. Për kristalet kub, indekset Miller janë 3 shifra të lidhura me sistem drejtkëndor koordinatat Siç mund ta shihni, numri "1" do të thotë që rrafshi në shqyrtim kalon nëpër pikën që korrespondon me boshtin me koordinatë = "1". Numri "0" do të thotë se rrafshi kristalografik është paralel me boshtin. Prandaj, rrafshi kristalografik (1 0 0) kalon nëpër pikën x=1 dhe është paralel me boshtet y dhe z. Ruajtja e koeficientit Miller është e nevojshme për vlerësim pronë e rëndësishme rrjeta kristalore, përkatësisht anizotropia, domethënë nevoja për veti mekanike dhe elektrike në drejtime të ndryshme.

Përkufizimet themelore të proceseve teknike:

Epitaksi- procesi i depozitimit të silikonit atomik në vafera monokristaline të silikonit, në të cilin fitohet një film që është vazhdim i strukturës. Epitaksi bën të mundur krijimin e një filmi gjysmëpërçues me një kristal me një orientim të caktuar kristalografik të densitetit të sipërfaqes.

Për të krijuar shtresa në një gjysmëpërçues me tipe te ndryshme përçueshmëria dhe kryqëzimet p-n përdorin 2 metoda për futjen e papastërtive - difuzionin termik dhe implantimin e joneve (doping).

Difuzioni- kjo është lëvizja e drejtuar e atomeve që ndodh nën ndikimin e një përqendrimi ose gradienti të temperaturës.

Implantimi i joneve- një metodë e dopingut të një shtrese vafere ose epitaksiale duke e bombarduar me jone papastërti, të përshpejtuar në një energji të mjaftueshme për depërtimin e tyre në thellësi të ngurta.

Oksidimi termik i dielektrikut- marrja e një filmi SiO2 kryen disa funksione të rëndësishme:

mbrojtje (si një dielektrik)

Funksioni i maskës (përmes të cilit futen papastërtitë e nevojshme)

Litografia- procesi i krijimit të një maskë mbrojtëse të nevojshme për përpunimin lokal gjatë formimit të strukturës IC. Maska përmban një grup hapjesh - dritare të projektuara paraprakisht.

Gravurë- një metodë jo mekanike e ndryshimit të topografisë sipërfaqësore të një trupi të ngurtë. Gjatë gdhendjes, zgjidhjet përdoren për heqjen e përgjithshme dhe lokale të shtresës sipërfaqësore të një ngurte në një thellësi të caktuar.

Procesi i përgatitjes: shufrat e silikonit njëkristalor fitohen nga shkrirja në zonë dhe me kristalizimin nga shkrirja duke përdorur metodën Czochralski.

Në metodë, shufrat me një farë në formën e silikonit monokristalor, pas kontaktit me shkrirjen gjysmëpërçuese, ngrihen ngadalë me rrotullim të njëkohshëm. Në këtë rast, pas farës, nxirret një shufër në rritje dhe ngurtësim. Orientimi kristalografik i shufrës (prerje tërthore) përcakton orientimin kristalografik të farës. Diametri tipik i shufrës është 10-15 cm, gjatësia e shufrës është deri në një metër. Shufrat e silikonit priten në shumë vafera të holla - 400-500 mikron, mbi të cilat më pas prodhohen IC dhe pajisjet.

Shkrirja e zonës- në paraqitjen e një shufër silici polikristalor dhe ngrohje në fund të zonës. Zona e shkrirë lëviz dhe e shndërron silicin polikristalor në silikon monokristalor. Në të njëjtën kohë, ndodh edhe një proces pastrimi.