История компьютера

Впервые полупроводниковые диоды были созданы в 1906 году. Для нужд детектирования радиосигналов. Оказалось, что контакты разнородных материалов обладают несимметричной проводимостью в зависимости от направления тока.

Лучшими оказались контакты Гален-сталь и цинкит-халькопирит. Это и есть те самые кристаллические детекторы, в которых приходилось искать чувствительную точку, возя иголкой по кристаллу Галена.

Несмотря на этот недостаток, кристаллические детекторы сразу получили широкое распространение. Поскольку альтернативы были не слишком хорошие. Когеpеp (трубка с опилками, у которых вследствие воздействия высоких частот поля походят нечто вроде «спекания» и падает сопротивление), он существовал с самого начала радио, малочувствителен. И не позволяет принимать тональные сигналы, только телеграфные.

Ламповый диод, созданный Джоном Флемингом в 1904 году, требует питания накала и по самому принципу действия раз в 10 менее чувствителен, чем полупроводниковый диод. Характеристики что лампового, что полупроводникового диода обратно пропорциональна абсолютной температуре. Для лампового - это температура накаленного катода, тогда как для вольфрамового, с абсолютной температурой почти в 10 раз выше комнатной. Ну и мощность накала была около 2 ватт (стандартный для ламп с вольфрамовым катодом накал 0,6А 3,6В). То есть батарейкой для карманного фонаря не обойдешься.

Затем создали полупроводниковые детекторы/выпрямители на поликристаллическом материале. Вначале купроксный, медную пластину окисляют, контакт окисла меди с металлом оказывается выпрямляющим. Был создан в 20-е годы.

Как детектор, купроксный элемент был хуже кристаллического (более низкочастотный), но все же мог работать до 1-2 МГц. Имея то преимущество, что не надо искать чувствительную точку, эффект стабильный.

В качестве выпрямителя купроксный вентиль получил распространение в низковольтных цепях. Предельное обратное напряжение его 8 вольт, токи (в зависимости от площади) до сотен миллиампер и даже единиц ампер. Конечно, напряжение можно повысить, собирая элементы в столбик. Но из выпрямителей купроксные вентили были вытеснены селеновыми, имеющими лучшие характеристики. А вот как детектор в измерительных приборах (авометрах) он дожил до недавних времен.

Достоинства такого маломощного вентиля (по сравнению с селеновым) - лучшие частотные характеристики и меньшее падение напряжения в прямом наплавлении, что делает шкалу вольтметра переменного тока более линейной в области малых напряжений. Прямое падение у него меньше и чем у германиевого диода, так что некоторое время в авометрах купроксные вентили с германиевыми точечными, конкурировали.

Селеновый вентиль (создан в 30-е годы). Устройство - алюминиевая пластина, покрытая мелкокристаллическим слоем селена, на другую сторону слоя селена нанесен металлический контакт. Вентильный эффект образуется между селеном и металлом. Предельное обратное напряжение от 25 до 70 вольт, выпрямленный ток для мостового выпрямителя из пластин 100х100 мм до 4 ампер.

На границе 30 - 40-х годов появились первые германиевые и кремниевые диоды. И были это диоды СВЧ. Прогресс физики твердого тела позволил установить, что хороший вентиль должен образовываться в полупроводнике - p-n переход или контакт металл - полупроводник (переход Baльтер Шоттки, тот же, что 1920 году изобрел лампу - тетрод).

Полупроводниковый диод и его обозначение на схеме

Радиолокационная техника требовала СВЧ детекторов и смесителей. И первые диоды на германии или кремнии представляли собой пластинку сильнолегированного полупроводника (0,001-0,005 ом*см, для сравнения в обычных транзисторах и диодах - десятки ом*см), т.е. очень «грязного», низкокачественного, который тогда уже могли сделать при слабых методах очистки. С этой пластинкой контактирует вольфрамовая игла. Давая переход металл - полупроводник очень малой площади. Но в основном и единственном их применении для нелинейного СВЧ элемента. Главное, что нелинейность у них сохраняется и на высоких частотах. Подобные СВЧ диоды выпускаются и в наше время, хотя в значительной мере вытеснены диодами Шоттки, выполненными по современной технологии.

Однако в 40-е годы возникла потребность в относительно высоковольтных полупроводниковых диодах, для использования в диодной логике ламповых ЭВМ. Теория ясно говорила - чтобы повысить обкатное напряжение, надо применять более высокоумный полупроводник. Технология позволила такой полупроводник получить. Контактные диоды (аналогичные по устройству СВЧ - диодам) оказались нестабильны.

Однако вскоре выяснилось, что если «сварить» контакт и полупроводник пропусканием импульсов тока, стабильность резко улучшается. Так был получен первый полупроводниковый прибор с p-n переходом - точечный диод. Частотные характеристики этих диодов гораздо хуже чем у СВЧ – диодов. Однако это вполне соответствовало потребностям радиовещания и ЭВМ на лампах.