История открытия полупроводников и полупроводниковых приборов.

Процесс открытия полупроводников оказался очень трудоёмким и продолжался более 100 лет. Вот основные вехи этого процесса:

1833 г. Майкл Фарадей обнаруживает отрицательный температурный коэффициент сопротивления (ТКС) у сульфида серебра. Это были, как потом стало ясным, первые исследования полупроводников. Напомним, что у всех известных на тот момент проводников ТКС был положительным.

1874 г. Фердинанд Браун описывает явление односторонней проводимости для полупроводников (первое наблюдение эффекта p-n перехода)

1906 г. Гриндлиф Пикард патентует кристаллический детектор - началось промышленное использование p-n переходов.

 

 

Рис. 1. Один из первых кристаллических детекторов — «Кошачий ус» Пиккарда.

 

1910 г. Английский физик Уильям Икклз Уильям Икклз обнаружил, что кристаллические детекторы в определённых условиях демонстрируют отрицательное дифференциальное сопротивление и потому могут быть использованы для генерации колебаний и усиления сигналов.

1910 г., Немецкий физик Йозеф Вайс в докторской диссертации ввёл термин "Halbleiter" (полупроводник).

1914 г, Немецкий электрохимик Иоган Георг Кенигсбергер опубликовал первый в истории обзор по свойствам полупроводников. В нём Кенигсбергер вводит понятие нового класса материалов, отличных и от проводников, и от диэлектриков, названный им «переменные проводники».

1914 г. Начат выпуск первых кристаллических детекторов для военных радиостанций в России. (Компания Р.О.Б.иТ.,-Российское общество беспроволочных телеграфов и телефонов).)

 

 

Рис. 2. Кристаллический детектор производства Р.О.Б.Т.иТ

 

1922 г. Олег Лосев описывает свойства кристаллического детектора в режиме генерации, его свойства и приемник "кристадин" (открыт туннельный эффект, лежащий в основе принципа действия, открытого японским физиком Лео Эсаки в 1957 году туннельного диода)

 

 

Рис. 3. Один из вариантов «кристадина» Лосева.

 

1923 г. Олег Лосев обнаруживает и описывает свечение кристаллов кристадинов. Этот эффект свечения p-n -перехода под действием протекающего через него тока лежит в основе созданного в 1960 - х годах американским физиком Ником Холиньяком светодиодов и полупроводниковых лазеров.

1930 г. Юлиус Лилинфельд в результате пяти лет исследований патентует конструкцию твердотельного усилителя, которая сейчас называется "полевой транзистор".

Начало 1930 –х г., немецким физиком Вальтером Шоттки экспериментально было установлено два типа полупроводников, - с «электронной» и «дырочной» проводимостью.

1935 г., Сотрудник компании «Bell Labs» Рассел Ол, открыл p-n переход.

1942 г. В США начато промышленное производство точечных кремниевых и германиевых диодов.

Полупроводниики

Полупроводни́к — материал, по удельной проводимости занимающий промежуточное место между проводниками и диэлектриками, и отличающийся от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Основным свойством полупроводников является увеличение электрической проводимости с ростом температуры.

Полупроводниками являются кристаллические вещества, ширина запрещённой зоны которых составляет порядка электрон-вольта (эВ). Например, алмаз можно отнести к широкозонным полупроводникам (около 7 эВ), а арсенид индия — к узкозонным (0,35 эВ). К числу полупроводников относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и другие), огромное количество сплавов и химических соединений (арсенид галлия и др.).

Атом другого химического элемента в чистой кристаллической решётке (например, атом фосфора, бора, сурьмы, индия и т. д. в кристалле кремния) называется примесью. В зависимости от того, отдаёт ли примесной атом электрон в кристалл (в вышеприведённом примере – фосфор) или захватывает его (бор), примесные атомы называют донорными или акцепторными. Характер примеси может меняться в зависимости от того, какой атом кристаллической решётки она замещает, в какую кристаллографическую плоскость встраивается.

Проводимость полупроводников сильно зависит от температуры. Вблизи температуры абсолютного нуля полупроводники имеют свойства диэлектриков.