8 СОДЕРЖАНИЕ ПЕРВЫ Й ШАГ 3 РОЖДЕ НИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА. 4 ТРАНЗ ИСТОР И МИКРОСХЕМА. 6 ЛИТЕР АТУРА. 9 ПЕРВЫЙ ШАГ С чего начинает юный радиолюбитель? С детекторного приемника. Пр едельно прост этот уди вительный аппарат. Проволочная катушка, невзрачн ый камешек детектора, наушники. Вот и вся премудрость. А какая сказочная с ила воплощена в соедине нии нехитрых деталей! Р асспросите людей старшего поколения, которые своими руками делали перв ые детек торные приемники. Они скажут: пожалуй, в на ши дни новенький теле визор вызывает меньше радости, чем те дере вянные ящички. Вот собранный при емник торжественно водружен на столе. Его создатель з алезает на крышу и протягивает длинную, метров в три дцать — сорок, антен ну. Идущий от нее он подключает к приемнику и некоторое время вози тся с детектором. Упираясь концом упру гой пружинки в серебристый кри ст аллик, помещенный в стеклянной трубочке, надо нащупать на нем чувствител ьную точку. И как только это удается, совершается долгождан ное «волшебс тво»: в наушниках зву чит музыка или речь. Кристаллик детектора — это, по жалуй, самый первый полупро вод ник, нашедший широкое практиче ское применение. В ту пору, когда появились первые детекторы, они бы ли еще очень несо вершенны. Подчас больших трудов стои ло найти чувствительную точку. Пру жинка с нее то и дело соскакивала. Приходилось снова и снова налаживать п риемник. Много изобретательности приложили инжене ры, чтобы улучшить де тектор. Рождение полупровод никового диода. Важными яви лись работы немецкого физика К.Ф. Браун а по исследо ванию проводимости целого ряда полупро водников, сернистого ци нка, перекиси свин ца, карборунда и других, проведенные в течении 1906 г. В результате исследований была обна ружена односторонняя проводи мость полупроводников. Это послужило тол ч ком к созданию кристаллического детекто ра только не К.Ф. Брауном, а американским генералом Х.Дамвуди (H.H.Dunwody) в т ом же 1906 г. Нобелевская речь К.Ф.Брауна называ лась “Мои работы по бесп роволочной теле графии и электрооптике”. Впоследствии она была издана о тдельной книгой в России, в Одессе в 1910г. Н а некоторое время к ристаллический детек тор уступил свое место в радиоприемнике элек трон ной лампе. Двухэлектродная лампа, исполь зуемая для преобразования токо в высокой часто ты в токи звуковой (низкой) частоты, в радиопри емной и изм ерительной аппаратуре носит название диод-детектор. Широкое внедрение в радиотехнику электронных ламп не остановило ис следований по соверше нствованию кристалличес ких детекторов. В 1919 году совершенствованием детектора увлекся молодой радиолюбитель Олег Владимирович Лосев. Меч тая посвятить жизнь радиотехнике, он начал с того, что еще совсем юным поступил рассыльным на первую в на шей стране Нижегородскую радиола бораторию . Здесь заметили любозна тельного и талантливого юношу. Со трудники лабо ратории помогли ему по полнить образование, и вскоре Лосев приступил к с амостоятельной научной работе. В феврале 1922 г. 19-летний на учный сотр удник Нижегородской лаборатории Олег Лосев результате целенаправленн ого ис следования обнаружил короткий подающий учас ток вольтамперной х арактеристики кристалличес кого детектора, используя который, можно пр иво дить к самовозбуждению колебательный контур. Он сконструировал рад иоприемник с генерирую щим кристаллом, названный 'Кри стадином', что означало кристаллический гетеродин. В де текто ре этого приемника использовалось пара 'цинкит - угольная нить', на которую подавалось постоян ное напряжение порядка 10В. Он установил, что о сновным условием генерирования и усиления такой пары есть отрицательн ое сопротивление контактной пары детектора. Позже вместо цинки та стали использовать галенит. Для того времени открытие Лосева было очень важны м. Ведь обычный де текторный приемник давал возмож ность слушать лишь бл изкие станции. Дальний прием, особенно в городах, где много помех и трудно устроить вы сокую и длинную антенну, оказывался практически невозможны м. Лосев сразу же опубликовал свои открытия, не запа тентовав их, не требуя з а них никакого денежного воз награждения. Во многих странах радиолюбите ли приня лись строить приемники по его схемам. 9 марта 1927 г. О. Лосев сообщил о ре зультатах исследован ий детекторной пары «кар борунд - стальная игла». Он обна ружил слабое свечение на стыке исследуемой поры разнород ных материало в при прохождении через нее тока. Характеристики свечения, отмеченные им в то время, сегодня являются важн ейшими для совре менных светодиодов, индикаторов, оптронов и из лучател ей инфракрасного света. Только после освоения производство полупроводников началось использование эффект а свечения О.Лосева. Прошло более 30 лет, прежде чем кристалли ческий детектор вернулся н а свое место. За это время были выяснены принципы работы полупро воднико в и наложено их производство. Сейчас промышленность выпускает большой а ссортимент кристаллических детекторов, по современной клас сификации они носят название полупроводнико вых точечных диодов. При их изготовле нии используют метод электрической формовки, т.е. мощные кратковременн ые импульсы токов про пускают через точечный контакт. При этом кон такт р азогревается, о кончик иглы сплавляется с полупроводником, обеспечивая механическую прочность. В области контакта образуется малень кий полус ферический р-п-переход. Такие диоды имеют устойчивые электрические пара метры. Так как в настоящее время ламповые диоды использу ются очень р едко и наибольшее распростране ние получили полупроводники, то полупро водни ковые диоды называют просто диодами. Сравне ние вольтамперных ха рактеристик вакуумного и полупроводникового диодов показывает, что в о б ласти прямого напряжения характеристика полу проводникового диода н апоминает ламповую. Р а зница л ишь в том, что один и тот же ток для полупроводникового диода получается п ри зна чительно меньших напряжениях. Это и является пре имуществом полу проводниковых диодов при ис пользовании их в выпрямителях. Недостаток п олу проводникового диода - наличие обратного тока, хотя и небольшого по с равнению с прямым то ком. Диоды, используемые в схемах выпрямления, назыв ают также вентилями. В 1926 г. был предложен полупро водниковый выпрямитель переменного тока из закиси меди. Позднее появил ись выпрямители из селена и сернистой меди. Бурное развитие радиотехник и (особенно радиолокации ) в период второй мировой войны дало новый толчо к к исследованиям в области полупроводников. Были разработаны точечные выпрямители переменных токов СВЧ на основе кремния и германия, а позднее появились плоскостные германивые диоды. Полупроводниковые приборы быстро и широко распространил ись за 50-е-70-е годы во все области народного хозяйства. В 1957 г. класс диодов пополни лся новыми приборами - управляемыми полупроводниковыми вентилями. Межд ународная электротехническая комиссия (МЭК) д а ла им название тиристоры. Слово 'тиристор' состоит из дв ух слов: греческого thyra - дверь, вход и анг лийского resistor - сопротивление. Тирис торы пред ставляют класс полупроводниковых приборов, ко торый подразде ляется на диодные (динисторы , триодные (тринисторы), запираемые и симметр ичные (симисторы). Транзистор и микросхе ма. Работы группы американских ученых, сотрудников лабора тории “Б елл телефон” Уильяма Брэдфорда Шокли, Джона Бардина и Уолтера Бр а ттей н а, связаны с исследованиями полу проводников. Группа работал а под руковод ством У.Б.Шокли настойчиво и цел еустрем ленно в достижении результата. У.Б.Шокли в записной книжке отметил: "Мне пришло в голову, что в принципе возможно создание усили теля, в котором был бы использован не вакуум, о полупровод ник". Талант ученых, помноженный на трудо любие п ривел к открытию транзисторного эффекта. Всего через год после появления транзистора, в 1949 г. в США было произ ведено 10000 новых полупров одниковых при боров, а уже через 8 лет - 29 млн. шт. По явившиеся транзисторные приборы состави ли сильную конкуренцию вакуумным радио электронным ла мпам. Это и дало основание У.Б.Шокли ввести в обиход термин "тран зисторна я электроника" (в отличие от ламповой), который получил широкое рас простр анение. Изобретение транзистора стало выдающимся событием для радиоэл ек троники и значительно расширило границы нашего познания, открыв новы е горизонты в изучении окружающего н а с мир а . В 1948 г. американские уч ёные Бардин и Браттейн создали германиевый точечный триод (транзистор), пригодный для усиления и генерирования электрических колебаний. Поздн ее был разработан кремниевый точечный триод. В начале 70-х годов точечные т ранзисторы практически не применялись, а основным типом транзистора яв лялся плоскостной, впервые изготовленный в 1951 г. К концу 1952 г. были пред ложены плоскостной высокочастотный тетрод, полевой транзистор и други е типы полупроводниковых приборов. В 1953 г. был разработан дрейфовый транзистор. В эти годы широко разрабатыв ались и исследовались новые технологические процессы обработки полупр оводниковых материалов, способы изготовления p-n- переходов и самих полуп роводниковых приборов. В начале 70-х годов, кроме плоскостных и дрейфовых г ерманиевых и кремниевых транзисторов, находили широкое распространени е и другие приборы, использующие свойства полупроводниковых материало в: туннельные диоды, управляемые и неуправляемые четырёхслойные перекл ючающие приборы, фотодиоды и фототранзисторы, варикапы, терморезисторы и т.д. В 1956 г. трем американск им ученым за цикл иссле дований, связанных с изобретением транзис тора, б ыл а присужден а Нобелевская пре мия по физике . Развитие и совершенствование полупроводниковых приборов хар актеризуется повышением рабочих частот и увеличением допустимой мощно сти. Первые транзисторы обладали ограниченными возможностями ( предель ные рабочие частоты порядка сотни килогерц и мощности рассеяния порядк а 100 - 200 мвт ) и могли выполнять лишь некоторые функции электронных ламп. Для того же диапазона частот были созданы транзисторы с мощностью в десятки ватт. Позднее были созданы транзисторы, способные работать на частотах д о 5 МГц и рассеивать мощность порядка 5 вт,а уже в 1972 г. были созданы образцы транзисторов на рабочие частоты 20 - 70 М Гц с мощностями рассеивания, достигающими 100 вт и более. Маломощные же тра нзисторы ( до 0,5 - 0,7 вт ) могут работать на частотах свыше 500 МГц. Позже появилис ь транзисторы, работающие на частотах порядка 1000 МГц. Одновременно велись работы по расширению диапазона рабочих температур. Транзисторы, изгото вленные на основе германия, имели первоначально рабочие температуры не выше +55 70 С, а на основе кремния - не выше +100 120 С. Созданные позже образцы тра нзисторов на арсениеде галлия оказались работоспособными при температ урах до +250 С, и их рабо чие частоты в итоге довелись до 1000 МГц. Есть транзисторы на карбиде, работа ющие при температурах до 350 С. Транзисторы и полупроводниковые диоды по многим показателя м в 70-е годы превосходили электронные лампы и в итоге полностью вытеснили их из областей электроники. Перед проектировщиками сложных электронных систем, насчитывающих десятки тысяч активных и пас сивных компонентов, стоят задачи уменьшения габаритов, веса, потребляем ой мощности и стоимости электронных устройств, улучшения их рабочих хар актеристик и, что самое главное, достижения высокой надёжности работы. Э ти задачи успешно решает микроэлектроника - направление электроники, ох ватывающее широкий комплекс проблем и методов, связанных с проектирова нием и изготовлением электронной аппаратуры в микроминиатюрном исполн ении за счёт полного или частичного исключения дискретных компонентов. Основной тенденцией мик роминиатюризации является “интеграция” электронных схем, т.е. стремлен ие к одновременному изготовлению большого количества элементов и узло в электронных схем, неразрывно связанных между собой. Поэтому из различн ых областей микроэлектроники наиболее эффективной оказалась интеграл ьная микроэлектроника, которая является одним из главных направлений с овременной электронной техники. Сейчас широко используются сверхбольш ие интегральные схемы, на них построено всё современное электронное обо рудование, в частности ЭВМ и т.д. Литература . 1. Словарь иностранных слов.9-е изд. Издательство “Русский язык” 1979 г.,испр. - М. : “Русский язык”, 1982 г. - 608 с. 2. Виноградов Ю.В. “Основы электронной и полупроводниковой техники”. Изд. 2- е, доп. М., “Энергия”, 1972 г. - 536 с. 3. Журнал “Радио”, номер 12, 1978 г.