Еще про кристаллический детектор
Столбик А характеризует начальный момент соприкосновения пленки с телом. Атом с избыточным электроном, входящий в состав пленки, оказался рядом с атомом основного тела полупроводника, лишенным электрона, т. е. оказался рядом с «дыркой». Электрическое поле, которое будет существовать между этими двумя атомами, заставит электрон перейти от отрицательного атома к положительному (Б). В результате соприкасающиеся атомы станут нейтральными, в зоне соприкосновения зарядов не станет и образуется запирающий слой (В).
Если к кристаллу подвести напряжение плюсом к пленке и минусом к массе (Г), то внутри кристалла возникнет электрическое поле, показанное на рисунке стрелками (Д). Это поле перемещает электроны в направлении стрелок. Под влиянием этого поля более удаленные от запорного слоя атомы пленки, имеющие избыточные электроны, передадут их еще более удаленным атомам, а примесные «дырки» в теле кристалла заполнятся электронами, отданными атомами, более удаленными от запорного слоя. В результате запорный слой станет толще (Е) и сопротивление его возрастет. При такой полярности приложенного напряжения кристалл не будет проводить тока.
При наложении напряжения обратной полярности картина изменится (Ж). Электроны начнут двигаться в обратном направлении (З, И, К). Запорный слой станет утончаться и может совсем исчезнуть. Таким образом, кристалл будет обладать односторонней проводимостью.
При подобных рассуждениях обычно возникает сомнение: почему при условиях, показанных в столбике (Г), не происходит обмена электронами между соприкасающимися атомами пленки и тела кристалла? С нижней стороны линии раздела в этом случае находится примесный атом, который легко расстается с электроном, а с верхней стороны — примесный атом, который охотно принимает лишний электрон, что же касается до приложенного к кристаллу электрического поля, то оно способствует такому переходу электрона (Л). Однако при таких рассуждениях не следует забывать, что если переход электрона действительно произойдет (Л и М), то между этими двумя атомами сейчас же возникнет поле, стремящееся возвратить электрон в исходное положение.
В итоге на электрон будут действовать два поля: внешнее, стремящееся удержать перешедший электрон, и «внутреннее», стремящееся вернуть электрон обратно. Обычно «внутреннее» поле бывает сильнее, потому что атомы находятся очень близко один от другого. Но может случиться, что внешнее поле «пересилит» и подобный перенос электронов действительно начнется. Это будет означать, что запорный слой «пробит» — кристалл попал под пробивное напряжение. Выпрямляющая «точка» перестанет существовать и придется искать новую.
Таким образом, сопротивление кристалла зависит от полярности приложенного к нему напряжения: в одном направлении оно больше (запирающий слой становится толще), а в другом — меньше (запирающий слой делается тоньше и даже совсем исчезает). Благодаря такой односторонней проводимости кристалл детектирует.
Поверхностная пленка на кристалле в разных местах неодинакова. Ее характер зависит от многих причин и в особенности от примесей посторонних веществ. Поэтому «точку» приходилось искать. Естественно, чем меньше площадь соприкосновения спиральки с кристаллом, тем больше шансов, что удастся нащупать поверхность с однородной пленкой. Поэтому острие спиральки надо было хорошо затачивать: площадь контакта должна быть порядка десятых долей микрона. Слишком сильный нажим острия мог повредить пленку. Поэтому контактирующую с кристаллом проволочку приходилось закручивать в спираль— она ограничивала возможность сильного нажима. Под воздействием сильных электрических импульсов, например от интенсивности атмосферных разрядов, пленка разрушалась и «точка» «сбивалась». Поэтому найденная «точка» не сохранялась надолго.
Лишь в последние годы, когда физика работы кристалла была выяснена, научились делать кристаллы с прочной однородной поверхностной пленкой и обеспечивать наилучший контакт с работающими в паре с ними проводниками.
Современные кремниевые и германиевые детекторы обладают очень большой чувствительностью и весьма постоянной «точкой». Кристаллические детекторы, неразрывно связанные в наших воспоминаниях с простейшим детекторным приемником, успешно работают теперь в сложнейшей радиоаппаратуре — телевизионной и радиолокационной.