Что такое полупроводник - Анфилов Глеб Борисович (читать книги онлайн полностью без регистрации TXT) 📗
Писатель А. Куприн в рассказе «Жидкое солнце» фантазировал о том, как «из простых элементов, входящих в воздух, составлять вкусное, питательное и съедобное, почти бесплатное вещество».
Давно уже волнует и ученых такая проблема — воспроизвести искусственно процесс, подобный фотосинтезу, но более эффективный, и в итоге получать органическое сырье в десятки, в сотни раз быстрее, чем оно накапливается в природе в процессе естественного фотосинтеза.
Конечно, этот смелый замысел не сразу будет воплощен в жизнь. Сначала предстоит во всех тонкостях раскрыть взаимодействие света с органическими соединениями. И вот что важно здесь для исследователя: многие из таких соединений — полупроводники, и световой луч вызывает в них электронные процессы.
Работа в этом направлении ведется, и уже есть первые результаты. Ленинградский ученый — академик А. Н. Теренин на одной из научных конференций по полупроводникам {100} рассказал об итогах исследований в области фотоэлектроники органических красителей. Например, освещая твердые пленки красителей или окрашенные порошкообразные полупроводники, удалось вызвать превращения световой энергии, похожие на процессы, происходящие в вентильных полупроводниковых фотоэлементах. Эти фотоэлектрические явления представляют собой не что иное, как искусственное осуществление первого этапа фотосинтеза вне живого листа.
Конечно, здесь еще больше нерешенного, загадочного. Осуществить второй этап фотосинтеза, то есть направить электроэнергию, рожденную в веществе светом, на создание новых соединений, пока не удалось. Но перед пытливым взором ученого-творца, не боящегося смелой мечты, раскрывается уже картина будущего.
Мы не знаем еще, какой облик получат установки для «консервирования» солнечных лучей. Но призовем на помощь фантазию.
Под потоками солнца протянулся мелкий, но широкий канал. По нему медленно течет черная жидкость. Это вода, смешанная с неведомыми пока добавками — катализаторами, красителями. Жидкость почти полностью поглощает солнечный свет и приобретает способность словно вбирать в себя из воздуха углерод, а возможно, и азот. В конце канала жидкость заметно густеет, превращаясь в тяжелую, желеобразную массу искусственного органического вещества. Ее тут же режут на куски, выгружают из канала и отправляют на химический завод для переработки.
Быть может, человек станет так создавать тысячи и миллионы тонн нового, извлеченного из воздуха топлива, получать обилие небывало ценного сырья для промышленности.
Чуть ли не стопроцентное освоение богатств лучистой энергии солнца — вот к чему стремится наша наука!
{101}
СВЕТ «ПРО ЗАПАС»
Итак, вентильные фотоэлементы исполнили мечту нашего детства. Они «поймали» свет, тут же превратили его в электроэнергию и пустили в работу. Слов нет, это замечательно. Однако не только об этом можно мечтать, если дать волю фантазии.
Дон-Кихот, обращаясь к воображаемой поклоннице, обещал подарить ей «солнечные- лучи, в стеклянный сосуд уловленные». Пустое хвастовство? А между тем, как это было бы удобно: днем поймать солнечные лучи, спрятать их в какую-нибудь банку, а вечером выплеснуть их наружу — пусть освещают улицу! Что ж, оказывается, и эта фантастика с приходом полупроводников стала возможным делом.
Есть среди полупроводниковых материалов такие, в которых атомы способны днем поглощать световую энергию, а ночью излучать ее. Поглощая фотоны, атомы таких веществ, как говорят физики, возбуждаются — накапливают в себе избыток энергии. А спустя некоторое время они освобождаются от излишка, в свою очередь выбрасывая фотоны.
Подобные вещества известны и применяются давно. Большим успехом пользуются, например, елочные украшения, которые в темноте сияют светом, набранным «про запас».
Однако есть у таких веществ один недостаток. Если уж они побыли днем на свету, ночью {102} обязательно будут светить — хотим мы этого или не хотим. А что, если заставлять их отдавать запасенный свет по команде? Оказывается, этого можно добиться.
Атомы некоторых полупроводников способны хранить в себе накопленную на свету энергию до тех пор, пока мы не воздействуем на них слабым электрическим сигналом.
Поясним это на простой аналогии. Представьте, что у вас в руках игрушечное ружье с пружиной. Чтобы зарядить ружье, вы сжимаете пружину, а перед выстрелом — отпускаете ее, чуть тронув спусковой крючок. Так вот: атомы, о которых мы говорили, как бы заряжаются под воздействием света. А когда мы слегка тронем их электрическим полем, они разряжаются и словно стреляют светом.
Возможно, в наших городах вскоре появятся чудесные светильники. Днем они будут собирать световую энергию, а вечером и ночью по слабой электрической команде сиять за счет накопленного света.
Сообщалось, что в Чехословакии разрабатываются светильники в виде щитов, на которых под электрическим воздействием сверятся порошки из особых полупроводниковых материалов. Белого света пока получить не удалось, но исследователи уверены в перспективности работы.
Комнаты со светящимися обоями, с потолками, излучающими мягкое сияние, — быть может, через несколько лет это станет столь же обычным, как в наши дни лампочка накаливания.
Есть еще много других интересных оптических свойств полупроводников. Они способны, например, превращать невидимые ультрафиолетовые лучи в видимые. На этом основаны знакомые каждому люминесцентные лампы — те самые, что заливают мягким светом станции метро, художественные выставки, залы магазинов, цехи заводов. Некоторые полупроводники отзываются световыми вспышками на обстрел мельчайшими частицами радиоактивных излучений. Это свойство используется при создании особых {103} счетчиков ядерных частиц. На экранах телевизоров тоже светится полупроводниковый люминофор. Его «зажигают» удары электронов.
Не так давно физики научились делать «вечные» светящиеся указатели. Их не нужно включать в электросеть, присоединять к батарее. Они светят сами — без всяких посторонних источников энергии. В таком указателе слой полупроводникового люминофора светится под воздействием быстро летящих электронов, которые выбрасываются ядрами атомов радиоактивного изотопа стронция. Срок службы указателей — более двадцати лет.
Если поставить подобные светильники, скажем, на речных бакенах, то бакенщику не придется каждый день зажигать фонари. Он будет менять их всего два — три раза в жизни.
{104}
ЭЛЕКТРОНИКА В КРИСТАЛЛАХ
{105}
НЕУДАЧЛИВЫЙ ПОКУПАТЕЛЬ
Директор одного радиомагазина — ветеран торговли радиоприемниками — рассказывал:
— Вот уж лет тридцать регулярно ходит к ' нам странный старичок-покупатель. Думаете, много он за это время накупил? Ничего! И деньги, видно, припас, и желание есть, да вот беда: слишком быстро бежит вперед техника. Сперва он, помнится, хотел приобрести детекторный приемник. Но, поговорив с продавцом, узнал, что скоро поступят в продажу ламповые, и решил подождать. Появились первые ламповые приемники. Снова пришел этот покупатель, но не купил ничего: узнал о другой ожидающейся новинке — многоламповых супергетеродинах. Потом и супергетеродины стали не в редкость. Но чудак-покупатель опять уходил ни с чем из магазина. Он до сих пор ждет нового. И ведь не зря ждет! Каждый год аппаратура становится совершеннее, экономичнее, надежнее. Только никогда не дождется этот наивный человек самого лучшего приемника — такого, чтобы не устарел за год-другой.
Гениальное создание Александра Степановича Попова — радио — за последние десятилетия получило {107} невиданное развитие. Но еще больший, сейчас даже трудно постижимый прогресс ожидает его в будущем. Этот прогресс — детище золотых рук и светлого ума людей, которые не ждут пассивно нового, а сами творят его. И замечательными помощниками человека здесь тоже оказываются полупроводниковые материалы.
