Петербург

Так что такое полупроводник? Вообще, полупроводниками можно назвать почти все вещества, что нас окружают. Даже диэлектрики, в какой то степени, являются полупроводниками. Чистое серебро, которое, самый что не на есть проводник — станет полупроводником, если в нем заведутся примеси, особенно примеси диэлектриков, например серы. Так что, полупроводниками можно считать все материалы, просто, в зависимости от их чистоты они могут склоняться больше к проводникам или к диэлектрикам. Тот самый случай, когда все оттенки серого цвета можно создать черной и белой красками — вопрос только в пропорциях.

Вот эти пропорции и есть самое важное в подборе полупроводника. Ведь, если мы хотим управлять рекой электричества, нам надо не просто сеть каналов-проводников, с набережными-изоляторами создать — но и построить плотины с заслонками, которые будут переправлять реку куда надо. Пока этими заслонками мы назначили обычные механические выключатели и переключатели. Теперь мы изучаем более сложную область — клапаны и краны для реки.

Клапан позволяет воде течь в одном направлении, но мешает ей течь обратно. С электрической рекой все несколько сложнее, но принцип похож.

Если намешать в полупроводнике вещества так, что, например, у нескольких атомов без электронов будет один свободный электрон на всех, который они начнут отнимать друг у друга, а у атомов рядом будет наоборот, три свободных электрона на каждого — то получится интересная картина. Подключая батарею полюсами к такому «сэндвичу», добьемся, что свободные электроны побегут из полупроводника с избытком в полупроводник с недостатком электронов и рассядутся по жадно похватавшим их атомам — после чего полупроводник станет диэлектриком, то есть, ток прекратится. А если поменяем полюса у «сэндвича» на противоположные, то бегу электронов ничего мешать не будет.

В пример с демонстрацией можно добавить несколько шеренг людей, у которых один шарик на троих и несколько шеренг, у которых по три шарика на каждого. Если ветер дует в сторону шеренг с недостатком шариков, то все прилетающие по ветру шарики быстро переловят обделенные демонстранты, и шарики за их шеренгой не появятся, а вот если ветер подует в другую сторону, то шарики полетят вдоль толпы, вырванные из рук шеренг, у которых они с избытком.

Так и выходит электрический «клапан». В одну сторону электричество течет, в другую — нет. Картина, правда, существенно сложнее описанной — но с этим пусть потомки мучаются. Для нас пока важно иное — химическими манипуляциями необходимо создать «сэндвич», у которого есть слой «бедных» атомов и слой «богатых», на свободные электроны, атомов.

Таких вариантов химических соединений огромное множество, но у каждого из них разная степень «бедных» и «богатых» атомов, соответственно, одни могут быть хорошими клапанами, другие посредственными, а третьи так и совсем никакими. К этому еще добавляется химическая сложность синтеза таких материалов, и недоступность многих веществ. Например, хорошие характеристики у германия — но даже не представляю, где его брать. У кремния характеристики замечательные, кремния полно, но вот химическая технология получения из него полупроводника — сложновата. Мало того, что кремний надо особо чистый, так как всего несколько атомов примеси испортят полупроводник, так еще и кристаллическую решетку ему организовать надо. Кстати, при вытяжке кристалла из расплава, можно просто регулировать скорость вытяжки то быстрее, то медленнее, и это мизерное нарушение кристаллической решетки кремния уже даст слои полупроводника «богатые» и «бедные» — потом только останется распилить кристалл на пластины и «клапаны» готовы.

Пока на чистый кремний замахиваться не будем — есть варианты гораздо проще, и не сильно то уступающие кремнию в характеристиках управления электрической рекой.

Из прочитанных старинных журналов «Радио», моего времени, знаю четыре рецепта:

Сульфидный рецепт — когда пластинку чистой меди окунали в кипящую серу, и на поверхности пластинки появлялась пленка, результат реакции серы и меди. Это и есть полупроводник. К пленке прижимать один контакт, медь будет другим контактом и клапан готов.

Купроксный рецепт — пластинку меди разогреть, до границы плавления, в печи с недостатком воздуха, потом охладить, желательно двухступенчато, и получим, после легкой зачистки или замачивании в спирту, медь с вишневой пленкой «побежалости». Пленка и есть полупроводник. Один контакт к ней, второй к меди.