|
|
Большим своеобразием отличается
физическая природа электрического тока в полупроводниках. Она очень
сложна и не отличается постоянством; она изменяет свой характер в
соответствии со многими причинами — материалом полупроводника, температурой,
наличием примесей.
Чистый полупроводник при низкой температуре подобен
изолятору. Все его электроны прочно удерживаются в своих атомах. Свободных
зарядов нет, полупроводник ведет себя как изолятор. Однако электроны в атомах
полупроводника удерживаются не так прочно, как в атомах изолятора. При
нагревании, облучении светом электроны получают дополнительную энергию,
достаточную для того, чтобы оторваться от атома и получить возможность
передвигаться. В результате в полупроводнике появляются свободные заряды,
создающие проводимость. Если к полупроводнику приложить напряжение, то в нем
начнется движение электронов, возникнет ток. Это будет электронный ток.
Но в полупроводниках возможен не только электронный ток.
Атом, потерявший электрон, становится положительным ионом. Положительный ион
под воздействием электрического поля притягивает к себе недостающий электрон
от соседнего «нормального» атома, превращая его тем самыЛ в положительный
ион. Этот вновь образованный ион в свою очередь заимствует недостающий
электрон у следующего атома и т. д. Физики называют неподвижный положительный
ион с недостатком электрона «дыркой», а ток, который создается в результате
кажущегося движения «дырки»,— «дырочным».
В итоге получается нечто подобное движению положительного
иона, хотя сами ионы при этом сохраняют неподвижность. Это можно наглядно
представить себе на примере того вида иллюминации, который известен под названием
«бегущего огня». Чтобы создать представление движущегося огня, не обязательно
передвигать лампу. Можно установить цепочку ламп и зажигать их по очереди.
Этот способ часто используется при устройстве различных электрических реклам.
Приведенное здесь и на стр. 233—235 толкование процессов,
происходящих в полупроводниках, несколько отличается от распространенных в
настоящее время способов объяснения этих процессов. Подобное упрощенное
толкование введено для того, чтобы облегчить понимание весьма сложной природы
электрического тока в полупроводниках.
В зависимости от характера полупроводника говорят, что он
обладает «электронной» или «дырочной» проводимостью. У некоторых
полупроводников соответствующей обработкой можно получить как электронную,
так и дырочную проводимость. К таким полупроводникам относится, например,
германий. Эта обработка в основном состоит в присадке к полупроводнику
соответствующих примесей в нужных количествах.
Четыре рассмотренных вида электрического тока широко
используются в радиотехнике. Как видим, электрический ток далеко не всегда
образуется электронами и не так уже часто по своему характеру соответствует
понятию «поток». С наибольшим правом можно считать электрический ток потоком
электронов лишь в электронных лампах.
Но этими четырьмя видами не исчерпываются возможные виды
электрического тока. Физики получают, например, достаточно мощные потоки
протонов и ядер гелия, имеющих положительный заряд, движение которых
представляет собой электрический ток. Некоторые физические опыты сопровождаются
появлением позитронов — положительных электронов, движение которых тоже
является электрическим током. Практического использования в радиотехнике эти
токи пока не получили, но реальные пути к этому уже намечены, например в виде
создания так называемых атомных батарей. Электродвижущая сила у этих батарей
создается не в результате химических реакций, как у гальванических элементов
или аккумуляторов, а вследствие радиоактивного распада атомов вещества,
сопровождаемого излучением заряженных частиц.
В тех атомных бafapeяx, действующие образцы которых уже
фактически созданы,' используется бета-распад одного из радиоактивных
изотопов стронция—стронция-90.
Можно ли ответить на этот вопрос?
В отдаленные времена, когда физики изучали сравнительно
очень узкий круг известных им электрических явлений, были введены понятия
положительного и отрицательного' электричества. Знак плюс присвоили
«стеклянному» электричеству — тому электрическому заряду, который возникает1
на стекле в результате натирания его шелком. Отрицательным электричеством
стали считать «сургучное»—заряд, возникающий на сургуче, натертом шерстью. В
дальнейшем условились считать, что электрический ток течет от плюса к минусу.
Такая терминология оказалась удобной. Она устраивала и
физиков и техников и сохранилась до наших дней. На ее базе сформулированы все
основные законы, правила и зависимости учения об электричестве.
Однако несоответствие подобной терминологии физической
сущности электрических явлений стало очевидным уже в последние годы прошлого
столетия, когда были открыты электроны. Это открытие доказало,, что
электрический ток имеет «зернистую» структуру и представляет собой поток
мельчайших отрицательных зарядов — электронов. Электроны движутся от минуса к
плюсу, т. е. в направлении, обратном тому, какое было установлено на заре
электротехники.
Это породило двойственность и путаницу. Во многих случаях,
когда речь шла о направлении тока, приходилось специально оговаривать, как
понимать направление: • «по току» или «по электронам». Особенно болезненно
эта терминологическая двойственность чувствуется в радиотехнике, где для
уяснения работы схем и приборов часто бывает необходимо учитывать именно
направление движения электронов. Например, в какую сторону «проводит»
электронная лампа? Если считать «по току», то лампа проводит от анода к
катоду, а если «по электронам», то от катода к аноду.
Часто высказывается мысль о необходимости устранить
двойственность терминологии и установить единообразие в представлении о
направлении тока.
Можно ли осуществить подобное единообразие?
Это сделать не так легко, как кажется. Конечно, не трудно
изъять из всей выходящей литературы упоминание об электрическом токе в его
старом толковании и ввести... А что же ввести? Направление движения
электронов? А почему именно электронов? Мы теперь знаем, что электрический
ток есть движение электрических зарядов, к которым относятся и электроны, и
протоны, и ионы, и позитроны. Электроны и отрицательные ионы движутся от
нашего условного минуса к столь же условному-плюсу, а положительные ионы,
протоны и позитроны движутся в обратном направлении. Можно составить цепь из
металлических проводников, гальванических элементов, полупроводниковых
выпрямителей и т. п., в отдельных участках которой электрические заряды,
образующие электрический ток будут двигаться в противоположных направлениях.
Что принять за направление тока в полупроводниковом диоде, в котором
электроны движутся в одном направлении, а «дырки» (см. стр. 21)—в обратном? В
полупроводниковом триоде получается совсем запутанная картина направлений
движения токов и зарядов.
|