Что такое полупроводник

ШКОЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

Государственное Издательство Детской Литературы

Министерства Просвещения РСФСР

Москва 1957

{1}

Рисунки Б. Кыштымова

{2}

«Широко развернуть научно-исследовательские

(Из Директив XX съезда КПСС по шестому пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1956—1960 годы)

{3}

Кто из вас, юные читатели, не хочет узнать, что будет представлять собой техника ближайшего будущего? Чтобы помочь вам в этом, Детгиз выпускает серию популярных брошюр, в которых рассказывает о важнейших открытиях и проблемах современной науки и техники.

Думая о технике будущего, мы чаще всего представляем себе что-нибудь огромное: атомный межпланетный корабль, искусственное солнце над землей, пышные сады на месте пустынь.

Но ведь рядом с гигантскими творениями своих рук и разума мы увидим завтра и скромные обликом, хоть и не менее поразительные технические новинки.

Когда-нибудь, отдыхая летним вечером вдали от города, на зеленом берегу реки, вы будете слушать музыку через «поющий желудь» — крохотный радиоприемник, надетый прямо на ваше ухо. Потом стемнеет. Вы вынете из кармана небольшую коробку, откроете крышку, и на матовом экране появятся бегущие футболисты. Телевизор размером с книгу!

В наш труд и быт войдет изумительная простотой и совершенством автоматика. Солнечный свет станет двигать машины.

Жилища будут отапливаться... морозом.

В городах и поселках зажгутся вечные светильники.

Из воздуха и воды человек научится делать топливо пластмассы, сахар...

Создать все это помогут новые для нашей техники вещества — полупроводники.

О них эта книжка.

{4}

Вы сели за стол, включили свет, раскрыли книгу. Оторвитесь на минуту от чтения и оглядитесь вокруг.

В электрической лампочке сияет тоненькая спиралька из металла вольфрама. К ней идут медные провода — передатчики энергии. Медь и вольфрам отлично пропускают электрический ток. Этим свойством обладают и другие металлы. Поэтому они именуются проводниками.

А вот стеклянная колба лампочки, фарфоровые ролики на стене, резиновая трубка, охватывающая провод, ток почти совсем не пропускают. Их называют изоляторами.

Проводники и изоляторы — главные материалы электротехники. Но, кроме них, в природе есть как бы промежуточные вещества.

Возьмем к примеру графит — сердцевину карандаша. Ток он пропускает, но гораздо хуже металлов. Многие кристаллы, сплавы, всевозможные соли, окислы похожи в этом отношении на графит. Они-то и получили название полупроводников. {5}

Окружающий нас мир богат подобными веществами. Их можно извлекать из простого песка, сажи, камня. Пожалуй, можно сказать, что мы каждый день едим полупроводники за завтраком, обедом и ужином, топчем их своими ногами. Ведь самый распространенный в земной коре элемент кремнийи основа жизни углеродобразуют полупроводниковые кристаллы.

С давних времен человек старался освоить все, чем одарила его природа. Сырье, содержащее полупроводники, он применял в металлургии, в химии, в строительном деле — всюду, кроме электротехники.

Здесь полупроводники считались непригодными. Думали так: от проводников они ушли, а к изоляторам не пришли. Ими не заменишь ни медного провода, ни фарфорового ролика. Казалось, никакой пользы из их половинчатых свойств не извлечешь.

И на протяжении многих десятилетий никто не желал разобраться поглубже в электрических особенностях полупроводников.

Но время показало, что такое пренебрежение было большой ошибкой. В наши дни исследователи постигли огромное практическое значение этих веществ. Множество ученых занято теперь теорией и техникой полупроводников.

В чем же их ценность?

Не будем спешить с ответом. Прежде разберемся в более простых вещах.

{6}

{7}

Земля и воздух, скалы и море, цветок и тончайшая жилка нашего тела — все построено из неисчислимых мириадов атомов. Каждый из них невообразимо мал. Возле булавочной головки атом словно булавочная головка рядом с Эльбрусом. А построен атом из частичек, еще в сотни тысяч раз меньших, чем он сам.

В центре его массивное ядро— кладовая атомной энергии, до которой сейчас дотянулась рука человека. Ядро несет положительный электрический заряд. Вокруг ядра движутся легкие, отрицательно заряженные электроны. Они удерживаются возле ядра, послушные всеобщему физическому закону: тела, которые имеют разноименные электрические заряды, притягиваются друг к другу.

Разнообразны ли атомы?

Не слишком. Вместе с созданными в последние годы искусственным путем науке известно сто видов атомов. Вот и все, если не считать разных сортов каждого вида. И из этого ассортимента частиц построено бесконечное многообразие тел и веществ Вселенной. {9}

Отличаются атомы разных видов неодинаковым зарядом ядер.

У ядра простейшего водородного атома самый маленький заряд. И электрон в таком атоме один-единственный. Ядра атомов меди гораздо богаче зарядом — в двадцать девять раз. Стало быть, и электронов там по двадцать девять у каждого атома.