4.2.6. Контакт изоляторов.
Изоляторы – вещества, в которых электроны проводимости сильно связаны с ядрами атомов, потому у изоляторов термоэлектронная эмиссия отсутствует. Но при трении, электроны переходят из одного вещества в другое, также как при термоэлектронной эмиссии. Это явление известно как электризация тел. Фарадей и Максвелл называли электричество «стеклянным» и «смоляным», и потому стекло и смолу можно было обозначить их как N и P - зоны.
4.3. Кристаллический детектор.
4.3.1. История кристаллических детекторов.
В начале 20-го века в радиотехнике в качестве выпрямителя радиосигнала применяли кристаллические детекторы.
Прибор – кристаллический детектор – был устроен просто: проволочка из металла-проводника упиралась в полупроводниковый кристалл. Полупроводниковый кристалл можно было изготовить в домашних условиях, сплавляя в пробирке серу и свинец в равных объёмах. Такой сплав назывался галеном. В качестве полупроводникового кристалла можно было применить и любой другой полупроводник.
Рис. 4.16. Общий вид кристаллического детектора.
Для работы детектора, прибор необходимо было настроить. Для этого, оператор искал остро заточенной проволочкой на поверхности кристалла некоторую точку, когда начинал проявляться эффект односторонней проводимости (ОП) полупроводникового диода. Проводимость для прямого тока и для обратного тока становилась различной, и прибор был годен к работе.
Так, какую же точку искал оператор?
Было известно, что при хорошем контакте с проволочкой, кристаллический детектор терял свойства ОП и ток через него подчинялся закону Ома и правилам Киргофа.
4.3.2. Объяснение работы кристаллического детектора теорией эдп.
Согласно теории электронно-дырочной проводимости (ЭДП), которую поддерживали в начале 19-го века А. Ф. Иоффе и Я. И. Френкель, оператор искал на поверхности зону с противоположным типом проводимости. Кристалл был P-типа. На поверхности искали зону с проводимостью N-типа.
От материала проволочки-иглы свойства диода не изменялись. Только откуда на поверхности могла взяться зона N?
Современная физика полупроводников зашла в тупик, игнорируя процесс термо-электронной эмиссии. Этот процесс термодинамический и определяет теплопередачу между телами.
Игнорируя термодинамику и термоэлектронную эмиссию, теория ЭДП предполагает существование некоторых мифических «дырок», которые являются носителями положительного заряда. Согласно этой теории – на поверхности создаётся противоположный тип носителя, а запорный слой образуется внутри полупроводникового кристалла.
В 20-х годах прошлого века существовало несколько альтернативных теорий. Все они были без «дырочной» проводимости. Так, О. В. Лосев для объяснения работы своего кристадина использовал теорию «дуги».
В книге Абрама Фёдоровича Иоффе «Полупроводники в современной физике» за 1954 год, в главе «Твёрдые выпрямители.» находим описание альтернативных теорий:
« Запорные слоя полупроводников обладают свойством, которое обеспечило им большое практическое значение: сопротивление запорного слоя различно для разных направлений тока. Поэтому, прикладывая к такому слою переменное напряжение, мы получаем более сильный ток одного направления (это направление называют пропускным), чем противоположного, называемого запорным. Легко понять происхождение такой асимметрии токов: при разности потенциалов одного знака внешнее поле усиливает контактное поле, тогда как при противоположном знаке потенциала внешнее поле в запорном слое оказывается противоположным контактному полю. В первом случае толщина слоя и создаваемое им сопротивление возрастают, во втором случае слой утончается и при достаточной разности потенциалов почти полностью выравнивается по своему удельному сопротивлению с основной толщей полупроводника.
Такое объяснение асимметрии сопротивления запорного слоя выдвинули Б. И. Давыдов и Д. И. Блохинцев и подробно развил Шоттки. Оно приводит к правильному знаку выпрямления и дает качественно близкую к наблюдаемой в выпрямителях зависимость тока от напряжения как в пропускном, так и в запорном направлении.»
Если к понятию «контактное поле» добавить идею термоэлектронной эмиссии, то можно было бы, посредством термодинамики полностью избавиться от теории о «дырочной проводимости».
Торжество «дырочной проводимости» было обусловлено тем, что в 1949 году, через два года после открытия биполярного транзистора, один из теоретиков, участвующий в изобретении биполярного транзистора, предложил теорию ЭДП.
Работу транзистора в то время не могли объяснить, не создав фиктивный положительный заряд. Биполярный транзистор PNP-типа (в схеме с общим эмиттером) требовал подачи на коллектор отрицательного напряжения, а выходной ток увеличивался при подаче на базу отрицательного тока. Для тех, кто был знаком с работой лампового триода – это явление было необъяснимо! Потому, для объяснения явления, требовался положительный заряд в виде «дырки».
Теория ЭДП была ошибочной. Ошибки наслаивались одна на другую, и уже эффект Холла, объяснялся теорией ЭДП, и «подтверждал» теорию ЭДП.
На самом деле, принцип работы транзистора основывается на взаимодействии эффектов Зеебека и Пельтье у близко расположенных полупроводниковых термопар с широкой запретной зоной.
Физики неверно объясняли эффект Холла, потому как эксперимент мог быть некорректно выполнен. Если для регистрации поперечной ЭДС были использованы токосъёмники из материала отличного от образца, и эти токосъёмники находились бы в зоне магнитного поля, то возникал бы сложный термоэлектрический эффект: эффект Эттингсгаузена.
Эффект Холла имеет термоэлектрическую природу, он даёт последовательность (ряд) металлов, которая очень похожа на термоэлектрическиий ряд металлов в эффекте Зеебека.
Физики условились по эффекту Холла определять тип проводимости материала, что очевидно, было ошибкой. Такие металлы как вольфрам, цинк, молибден, благодаря эффекту Холла были отнесены к металлам с дырочным типом проводимости. Термодинамика термоэлектрических процессов была проигнорирована и заменена ложным учением о «дырках».