Главная arrow Интегральные микросхемы arrow Полупроводниковый диод
Как начинался компьютер
Компьютерная революция
Двоичный код
Разработки военных лет
Интегральные микросхемы
Микрокомпьютер
Персоны
Сеть
Язык компьютера
Развитие ПО
Гибкие системы
Средства разработки
Информатика
Вычислительная наука
Операционные системы
Искусственный интеллект
Предыстория
Поиск
Знания и рассуждения
Логика
Робототехника
 

 
Полупроводниковый диод Печать
Ламповый диод
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.