Тайна кристаллического детектора
Можно ли подсчитать, сколько миллионов часов потратили радисты и радиолюбители всего мира на поиски чувствительной «точки» у кристаллического детектора!
Эти детекторы в течение почти четверти века — еще со времени А. С. Попова — состояли на вооружении у профессиональных радистов всех стран и затем перешли от них по наследству к радиолюбителям. По крайней мере десяток лет детекторный приемник был наиболее распространенным любительским радиоприемником. Им широко пользуются и в наши годы, несмотря на огромное развитие ламповой аппаратуры.
Лишь в самое последнее время радиолюбители получили детекторы с постоянной точкой, которые освободили владельцев детекторных приемников от утомительной необходимости прощупывать спиралькой кристалл в поисках (неуловимой «точки».
Что же это за удивительная «точка»?
Больше 40 лет хранил кристаллический детектор тайну своей «точки». В разное время создавались различные гипотезы с целью объяснить физику работы кристаллического детектора. Была распространена, например, «дуговая» гипотеза, согласно которой работа детектора объяснялась возникновением в месте контакта острия спиральки с кристаллом микроскопических электрических дуг. Потом появилась «контактная» гипотеза, по которой односторонняя проводимость детектора определялась контактной разностью потенциалов.
Однако «контактную» гипотезу постигла такая же участь, как и «дуговую». Исследования показали, что детектирующее действие кристалла нельзя объяснить контактной разностью потенциалов.
«Тайна» кристаллического детектора начала раскрываться лишь в последние предвоенные годы в результате работ ряда физиков, в частности академика А. Ф. Иоффе и профессоров Б. И. Давыдова и В. Е. Лашкарева. Детектирующее действие кристалла оказалось следствием особенностей проводимости полупроводников.
Здесь уже рассказывалось о существовании у полупроводников двух видов проводимости: электронной и дырочной. Детектирующие кристаллы обладают той особенностью, что на их поверхности образуется пленка, обладающая иной проводимостью, чем сам кристалл. Если, например, кристалл обладает дырочной проводимостью, то его поверхностная пленка имеет электронную проводимость, и наоборот. Граница соприкосновения поверхностной пленки с телом кристалла образует особую зону, называемую запирающим слоем и имеющую толщину всего в десятитысячные доли миллиметра.
Предположим, что у нас имеется кристалл, у которого проводимость основной массы — дырочная, а поверхностной пленки — электронная, т. е. в основной массе полупроводника есть какое-то количество примесных атомов, легко расстающихся с одним из своих электронов, а в поверхностной пленке есть примесные атомы, легко захватывающие лишние элементы.
Проследим в самых общих чертах электрические процессы, которые произойдут в зоне соприкосновения поверхностной пленки с телом полупроводника. Для лучшей наглядности на рисунке показаны тонкие «столбики» атомов, расположенные в пленке и теле кристалла перпендикулярно поверхности пленки.