Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
ВВЕДЕНИЕВ истории развития физики и техники полупроводников можно выделить четыре периода. Первый период охватывает XIX век и первую четверть XX века. Это предыстория учения о полупроводниках. Полупроводники уже открыты, по совокупности специфических свойств выделены в особый класс веществ, но еще не существует физики полупроводников как самостоятельного раздела науки. В 1833 г. Н. Фарадей установил, что электросопротивление сернистого серебра падает с ростом температуры. Такая закономерность при высоких температурах типична для всех полупроводников в отличие от металлов, у которых сопротивление растет с повышением температуры. Через сорок лет В. Смит открыл фоточувствительность селена, известного с 1817 г., и построил первые фотосопротивления. В 1879 г. Е. Холл обнаружил возникновение поперечной э.д.с. при прохождении электрического тока через проводник, помещенный в магнитное поле. Эффект Холла сразу же стал использоваться для определения концентрации и типа носителей заряда в полупроводниках. В этот же период было установлено выпрямляющее действие контактов металл — полупроводник (1886 г.), а в 1923 г. О. В. Лосев обнаружил свечение при прохождении тока через такие контакты в карбиде кремния. Необычные свойства полупроводников невозможно было объяснить на основе классической физики, и они не находили сколько-нибудь серьезного применения в технике. Созданные к этому времени кристаллические точечные диоды, выпрямители и фотосопротивления были маломощны, капризны, неустойчивы в работе и практически не выходили за пределы научных лабораторий. Второй период — период становления физики полупроводников как науки и создания приборов на основе полупроводниковых материалов — начался после возникновения квантовой механики и разработки более совершенной технологии выращивания чистых монокристаллов. В 1927 г. Л. Грондель и П. Гейгер построили технический выпрямитель на закиси меди. К 1930 г. трудами А. Вильсона и Н. Мотта в Англии, В. Шоттки и К. Вагнера в Германии, А. Ф. Иоффе и Я. А. Френкеля в СССР были заложены основы современной физики полупроводников. Концентрация и движение носителей заряда в полупроводниках сильно зависят от наличия примесей в кристалле и от температуры, весьма чувствительны к действию электрического и магнитного полей и светового облучения. Появляется обширная литература, посвященная исследованию всех этих эффектов и созданию на их основе разнообразных приборов. Однако в этот же период электронная лампа вытесняет кристаллические детекторы. К началу второй мировой войны они почти полностью сошли со сцены. В 1948 г. Д. Бардин, В. Брэттен и В. Шокли открыли транзисторный эффект и создали первый полупроводниковый триод (транзистор) — аналог усилительной лампы. С этого времени начался новый, третий, период бурного развития полупроводниковой радиотехники, автоматики и телемеханики. Работа электронной лампы и транзистора основана на управлении потоком свободных или квазисвободных электронов. Чтобы создать поток электронов в лампе, необходимо затратить энергию на нагревание катода и обеспечить на их пути высокий вакуум. В транзисторе необходимые электроны вводятся путем легирования кристалла при его выращивании и изготовлении прибора. Концентрация и плотность потока электронов в полупроводнике во много раз больше, чем в электронной лампе. Поэтому полупроводниковые приборы миниатюрны, экономичны, механически прочны и всегда готовы к действию. Уже во время войны создателям радиолокационных установок пришлось вспомнить о кристаллических детекторах, поскольку электронно-вакуумные выпрямители и преобразователи частоты в области сантиметровых воли работали неэффективно. Электронные лампы исчерпали свои возможности и для развития других областей радиотехники. После создания транзистора широко развернулись научно-исследовательские работы по физике, химии и технологии полупроводников. Теоретически и экспериментально изучаются зонная структура полупроводников, поверхностные и контактные явления, Однако в начале 60-х годов начали вырисовываться новые направления развития техники и стало ясно, что полупроводниковые диоды и транзисторы ожидает та же судьба, которая постигла электронные лампы. Они будут применяться для решения ограниченного круга задач, а дальнейший прогресс техники связан с переходом от дискретных систем к интегральным схемам и более широкому использованию оптических явлений в полупроводниках. Создание в 1962 г., инжекционных лазеров, в следующем году генераторов Ганна, появление нелинейной оптики, микроэлектроники и оптоэлектроники, несомненно, свидетельствует о начале нового, четвертого, этапа в развитии физики и техники полупроводников. Характерная особенность этого этапа — широкое применение и непрерывное совершенствование оптических методов изучения свойств полупроводников, исследование их взаимодействия с мощными потоками излучения, разработка и создание приборов, в основе механизма действия которых лежат процессы поглощения и испускания света и нелинейные оптические явления. В работе полупроводниковых приборов предыдущего периода оптические процессы либо вообще не играли никакой роли, либо служили вспомогательным средством для создания или управления потоком электронов. Оптические методы исследования, сыгравшие решающую роль в изучении свободных атомов и молекул, позволяют сейчас глубоко проникнуть в строение кристалла и определить его энергетический спектр в широком диапазоне от долей электрон-вольта до двух-трех десятков электрон-вольт. При больших интенсивностях возбуждающего света могут возникнуть различные нелинейные эффекты: многофотонное поглощение, испускание удвоенных, разностных и суммарных частот, вынужденное рассеяние света. Показатель преломления, коэффициенты отражения и поглощения становятся функциями интенсивности падающего луча, мощности поглощения и люминесценции стремятся к насыщению, люминесценция деполяризуется и возникает вынужденный дихроизм. В ряде кристаллов обнаружено образование биэкситонов и экситонных капель. Исследование, нелинейных оптических эффектов служит новым и весьма важным источником информации о строении вещества и позволяет создавать просветляющиеся и затемняющиеся фильтры и ограничители света, пассивные затворы для лазеров и преобразователи частот, устройства для скоростной записи и считывания динамических голограмм и другой информации. В полупроводниковых световых диодах происходит прямое и непосредственное преобразование электрической энергии в световую. Эффективность самого процесса преобразования энергии необычайно высока и приближается к своему предельному значению. В диодах из арсенида галлия практически при каждой рекомбинации электрона и дырки в определенных условиях возникает квант света. Это открывает новые перспективные пути для создания источников света с к. п. д., достигающим нескольких десятков процентов. Полупроводниковые источники некогерентного света и лазеры миниатюрны, работают при температуре окружающей среды, имеют высокую механическую прочность и сравнительно большой срок службы. В отличие от ламп накаливания, спектр излучения которых простирается далеко как в инфракрасную, так и в ультрафиолетовую области, они характеризуются узкой полосой люминесценции в нужном участке спектра. Путем модуляции тока инжекции излучение диодов легко промодулировать до частот в несколько гигагерц. Поэтому они все шире применяются в системах связи, в индикаторных устройствах, для ввода и вывода информации в вычислительных машинах и другом оборудовании. Между двумя инжекционными лазерами можно установить нелинейную оптическую связь; величина порога генерации одного диода будет зависеть от того, генерирует второй лазер или нет. Такая система является оптическим аналогом электрического тригера — основной ячейки электронно-вычислительных машин. Поэтому сейчас открываются реальные возможности для разработки вычислительных машин четвертого поколения, которые будут приводиться в действие не электрическими, а световыми импульсами. Их быстродействие будет на несколько порядков больше, чем у существующих электронных счетно-решающих устройств. Изучение полупроводников ведется широким фронтом, и поток литературы, посвященной отдельным вопросам, исключительно велик. Успешному продвижению фронта исследований, особенно в новых направлениях, в значительной степени способствует своевременное обобщение накопленных резуль-татов и теоретических методов расчета. Настоящая монография призвана внести определенный вклад в решение этой задачи. Для удобства читателя в первой главе приведена сводка общих сведений из физики твердого тела, которые. используются при изложении основного материала. Ряд параграфов написан на основании обобщения работ автора, выполненных в последние годы. Книга отражает основные достижения в области полупроводниковой квантовой электроники и лазерной спектроскопии.
|
1 |
Оглавление
|