Четыре вида электрического тока. Часть третья.
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 самым 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 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 бaтapeяx, действующие образцы которых уже фактически созданы, используется бета-распад одного из радиоактивных изотопов стронция – стронция-90.