Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
устройства, в котором мог быть использован этот эффект усиления. Я
предложил пойти в лабораторию и проверить
Рис. 9.5. Схематическое изображение первого полупроводникового усилителя,
созданного Бардином и Браттейном [Нобелевские лекциц по физике, т. III,
научное изд-во Elsevier, Амстердам, 1964, стр. 336
рис. 10].
это. Мы покрыли металлический наконечник тонким слоем воска и прижали его
к куску кремния р-типа, поверхность которого была обработана таким
образом, что происходил переход к проводимости я-типа. Затем мы нанесли
вокруг контакта каплю воды и подвели к ней электрод [см. рис. 9.5]. Точка
контакта была изолирована от воды слоем воска. Как и следовало ожидать,
мы
1 Бардин в своей Нобелевской лекции также говорил: "Очевидно, ионы,
притягиваемые поверхностью, создавали очень большое поле, которое
проникало сквозь поверхностные состояния". Впоследствии Браттейн
установил, что это непредусмотренное явление указывает скорее на
изменение поверхностных состояний под действием приложенного потенциала.
185
обнаружили, что приложенные между водой и кремнием потенциалы изменяют
ток, текущий через металлическое острие в кремнии *. В этот день было
получено усиление по мощности!"
Действие описанного устройства состоит в следующем. Металлическое острие
смещается в "обратном" направлении, а именно в таком, что протекающий ток
мал. Частично этот ток состоит из электронов, проходящих через
поверхностный слой п-типа. Приложение к электролиту отрицательного
потенциала уменьшает число электронов в слое, что обусловлено изменением
поверхностных состояний (эффект поля), и соответственно уменьшает ток
через металлическое острие. Через электролит протекает лишь ничтожный
ток, и, таким образом, достигается усиление по току и по мощности (но не
по напряжению). Бардин отмечал, что для успеха опыта было существенно
использовать материал, имеющий очень хорошие объемные электрические
свойства, а также ограничить поток электронов в поверхностном слое путем
модификации самого материала (например, изготовляя слой "-типа в
материале p-типа), а не с помощью осаждения пленки, в которой подвижность
электронов заметно снизилась бы.
Продолжим рассказ Браттейна. "Бардин предложил провести аналогичный
эксперимент на германии п-типа, и это дало еще лучший результат. Однако
капля воды испарялась, как только устройство начинало хорошо работать,
так что, по предложению Гибни, мы заменили воду боратом гликоля, который
почти совсем не испаряется. Другая проблема состояла в том, что усиление
достигалось лишь при частотах, меньших или равных 8 Гц. Мы объяснили это
медленным действием электролита. Оптимальных результатов удалось
достигнуть, когда к электролиту было приложено постоянное отрицательное
напряжение при использовании германия n-типа. При этих условиях мы
заметили, что под электродом образуется анодная оксидная пленка. Мы
решили напылить на такую пленку немного золота и далее- так как пленка
изолирует золото от германия - использовать золо'го как полевой электрод
и обойтись
1 Упомянутый здесь поток зарядов, или ток, есть поток электронов; в
технике за направление тока принимается направление, обратное этому
потоку.
186
без электролита. После образования пленки мы смыли электролит и напылили
золото, оставив в центре отверстие для металлического острия. В
результате происшедшего затем электрического пробоя между острием и
золотом центр капли был испорчен. Когда же контакт переместили на край
золотого пятна, был обнаружен новый эффект; смывая электролит, мы
непредвиденно смыли и растворимую в воде оксидную пленку. Пришлось заново
напылять золото на свежеанодированну ю поверхность германия. После
приложения к зологу небольшого положительного потенциала появился поток
дырок в направлении к поверхности германия, который сильно увеличил ток,
идущий от германия к металлическому острию, находящемуся под большим
отрицательным потенциалом1"
После этой предварительной работы, результаты которой не публиковались,
создание практически полезного устройства на основе наблюдаемого эффекта
было почти неизбежным. Оставалось лишь разработать подходящую схему
такого устройства. Вот как описывал существенную часть этого устройства
Браттейн в интервью1, данном им в 1964 г. в Центре истории физики при
Американском физическом институте.
"После обсуждений с Джоном Бардиным мы решили, что следовало установить
на поверхности достаточно близко друг к другу два точечных контакта (на
основании приблизительных расчетов расстояние между ними было оценено в
0,002 дюйма). Наименьшие использованные нами для точечных контактов
провода имели 0,005 дюйма в диаметре. Сложность заключалась в том, чтобы
создать два контакта на поверхности на расстоянии не более 0,002 дюйма
друг от друга при помощи двух симметрично заостренных проводов диаметром
0,005 дюйма, которые не должны были касаться друг друга.
Мы решили эту проблему, поручив технику вырезать из полистирена
