Полупроводниковая археология или история изобретения диода

категория

Интересное из мира электроники

материалы в категории

В начале эры радио слушатели принимали передачи на детекторные приёмники. Эти приёмники содержали антенну, устройство настройки, детектор и наушники.

Рис. 1. Классический детекторный приёмник.

Детектором являлся анизотропный галеновый (сульфид свинца) кристалл, закреплённый в небольшой чашечке. Один или несколько металлических проводов ("кошачьи усы") соединялись с кристаллом. Эти провода были сделаны из золота, латуни, меди или стали. Такой детектор позволял электрическому току лучше протекать в одном направлении, чем в другом, что давало возможность выпрямлять высокочастотные сигналы и извлекать из них речь или музыку. Это явление назвали "односторонней проводимостью".

Это открытие выпрямляющих свойств в некоторых кристаллах было сделано Ф.Брауном в 1874 году.

Практическое применение этому открытию нашёл Гринлиф Виттер Пикард (1877 - 1956)

В 1938 всё ещё была не ясна природа этих процессов т.к. не было достаточно знаний в области молекулярной физики и химии твёрдого тела. Полагали, что имеется некоторый вид термодействия или же это было электрическое явление. В 1920-1922 годах было проделано огромное количество исследований в России и в США. Но эволюция радиоэлектроники определялась быстрым развитием электронных ламп. Так что из-за этого были почти забыты результаты и знания ранних дней.

Только в 1945 году были начаты настоящие исследования, которые дали результаты, ставшие предшественниками современных полупроводников. Среди этого:
  Изобретение точечного транзистора учёными Бардиином, Браттейном и Шокли (Нобелевская премия 1926 года.)
  Открытие туннельного эффекта японским учёным Л. Есаки (Нобелевская премия 1973 года.)

Мы попробуем создать список материалов, используемых в 1920-1938 годах. (Это описание не претендует на то, что бы быть исчерпывающим.)

ДЕТЕКТОРЫ:
    Три вида :

         - Контакт между кристаллом и остриём.
         - Контакт (или соединение) между двумя идентичными кристаллами.
         - Контакт (или соединение) между двумя разными кристаллами.

Было протестировано много кристаллов:

    - Борнит
    - Карборунд (комбинация Углерод-Кремний)
    - Касситерит
    - Церуссит
    - Халькопирит
    - Галенит
    - Графит
    - Гессит
    - Гематит
    - Герцит
    - Малахит
    - Молибденит
    - Пирит
    - Кремний
    - Сульфид Висмута
    - Теллур
    - Ульманит
    - цинкит ...

Самые популярные комбинации :
      Контакты :

    - Галенит - Медь(Латунь, Серебро)
    - Молибденит - Серебро
    - Железный Колчедан - Золото
    - Карборунд - сталь
    - Медь - Кремний
    - Цинкит - Сталь

      И переходы :

    - Халькопирит - Цинкит (известен как Перикон)

Сегодня эти устройства мы называем ДИОДАМИ.

Электрические и механические характеристики этих диодов зависят от давления в контакте (или переходе) и от напряжения поляризации.

Пример доисторических характеристик показан на рисунке 2.

I Контакт Перикон (Цинкит-Халькопирит)
II Контакт Карборунд-Сталь
III Контакт Цинкит-Сталь

Цинкит получали из природного окисла цинка (ZnO) нагреванием его в электрической дуге в присутствии пероксида или диоксида марганца.
По нашему мнению наиболее интересным является контакт между Цинкитом и Сталью (и иногда углеродом). Но старые характеристики на рис.2 не показывают наиболее захватывающий аспект.

В 1923 году Олег Лосев (1903-1942) сумел создать высокочастотный генератор, используя такой детектор. Но детектор был поляризованный. Это значит, что на характеристической кривой диода присутствует зона отрицательного сопротивления. И это наводит на мысли о туннельном диоде, изобретённом пол века спустя.

На рисунке 3 показаны характеристики обычного и туннельного диодов, где видна эта зона.

Туннельный диод.
Зелёная кривая имеет зону отрицательного сопротивления между 200 и 300 мВ.

Неизвестные предшественники получили преимущество из этого открытия и смогли создать раньше времени некоторые полупроводниковые устройства. Вот они :

- гетеродины
- регенеративные приёмники
- низкочастотные модуляторы
- автодины
- УНЧ
- УВЧ (8...12 мГц)
- трансиверы...

Эти схемы являлись частью так называемой КРИСТАДИННОЙ системы.
(иногда её называли "КРИСТАДИН").

Но в те времена это всё было проигнорировано и забыто из-за стремительного развития ламповой техники.

На рисунках 4-7 изображены четыре оригинальные схемы "Кристадинной" системы.
Они были напечатаны до 1938 года

Гетеродин с Цинкитом

Кристадинный приёмник

Гетеродин с Цинкитом для коротких волн

Цинкитовый модулятор. - Низкочастотный "тиккер"

Сейчас, в 2001,   Нил Штейнер  создаёт кристадинный генератор и передатчик.

Аллен Рени,   06/09/2000