Detektor kryształkowy
Detektor kryształkowy to wczesna dioda półprzewodnikowa wykorzystująca złącze metal-półprzewodnik.
Historia odkrycia
Fakt prostowania na takim złączu odkrył Ferdinand Braun w 1874[1], co była jedną z przyczyn, dla których w 1909 roku otrzymał Nagrodę Nobla z fizyki[2].
W 1906 Greenleaf Whittier Pickard otrzymał patent na prostownik ostrzowy z użyciem krzemu. W 1907 George W. Pierce opublikowała wyniki badań wielu złącz między metalami a półprzewodnikami, z których wiele miało właściwości prostujące.
Teoretyczny opis procesów zachodzących na złączu zaproponował Walter Schottky w latach 20 XX w. Pełna teoria opisująca złącze została stworzona na przełomie lat 30 i 40 przez Schottkiego, Nevilla Francis Motta, Hansa Bethego i innych. Rozwinięcie teorii w latach 40 XX w. przez Williama Shockleya doprowadziło do zbudowania tranzystora ostrzowego.
Rozwinięciem detektora kryształkowego jest dioda ostrzowa, masowo produkowana z germanu już w czasie II wojny światowej. Obecnie diody wykorzystujące złącze metal-półprzewodnik wytwarza się innymi metodami, noszą one nazwę diod Schottkiego.
Ciekawym że w polskiej literaturze radioamatorskiej jeszcze w latach 50 pisano, że przyczyny prostowania na złączu metal-półprzewodnik są jeszcze nieznane, choć było zupełnie inaczej, a na podstawie teoretycznego opisu budowano nowe przyrządy półprzewodnikowe[3].
Zastosowania
Detektor kryształkowy był pierwszym elementem półprzewodnikowym powszechnie stosowanym w technice. Wykorzystywano go jako element odbiorników radiowych służący do detekcji sygnałów modulowanych amplitudowo (AM). Wykorzystywano głównie kryształy naturalnej galeny oraz kryształy syntetyczne.
Kryształ galeny pracował jako dioda niezbyt pewnie. Złącze powstawało w miejscu styku cienkiego drucika stalowego z kryształem. Drucik osadzony był w manipulatorze umożliwiającym dotykanie nim do różnych miejsc na powierzchni kryształu w poszukiwaniu najbardziej czułych punktów.
Radioodbiornik kryształkowy nie wymagał zasilania, co było jego zaletą (całą energię odbiornik czerpał z odbieranych fal radiowych). Miał jednak niewielką czułość i był mało selektywny, wymagał dużej anteny i dobrego uziemienia. Detektory kryształkowe pojawiły się na początku XX wieku i były w powszechnym użyciu we wczesnych latach 20., później ich znaczenie systematycznie malało na rzecz układów wykonywanych na lampach. Spotykane były aż do wojny, a później sporadycznie, w najprostszych i najtańszych odbiornikach.
Odbiornikiem kryształkowym był popularny Detefon produkowany przez PWŁ – Państwową Wytwórnię Łączności, później przez PZT – Państwowe Zakłady Tele- i Radiotechniczne od 1929 roku aż do wybuchu wojny.
Zasada działania prostującego
By na złącze metal półprzewodnik miało charakter prostujący konieczne jest by:
- półprzewodnik był typu n, a praca wyjścia elektronów z metalu była większa niż z półprzewodnika, lub
- półprzewodnik był typu p, a praca wyjścia elektronów z metalu była mniejsza niż z półprzewodnika.
Inne kombinacje typu półprzewodnika i relacji pracy wyjścia dają złącza omowe, bez właściwości prostujących. Zwykle wykorzystuje się pierwszą możliwość. Na złączu (zwanym czasem złączem Schottky'ego) dochodzi wtedy do utworzenia (w półprzewodniku) warstwy zubożonej w nośniki i bariery potencjałów (zwanej barierą Schottky'ego). Jeżeli zewnętrzne napięcie zostanie przyłożone tak, że zniesie tą barierę (+ do metalu), to popłynie prąd. Ta sama zasada działania dotyczy detektorów kryształkowych, ostrzowych diod germanowych (na przykład DOG55) i współczesnych diod Schottkiego (na przykład BAT54).
Przypisy
- ↑ Wróblewski Andrzej Kajetan: Historia fizyki: od czasów najdawniejszych do współczesności, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2006, str. 535, ISBN 83-01-14635-4.
- ↑ Wykład Noblowski F. Brauna
- ↑ Na przykład: Odbiorniki detektorowe inż. Adama Kosiarskiego, wydanie z 1952: "Do tej pory fizyka nie wyjaśniła jeszcze ostatecznie zagadnienia [...]". Tu następuje kilka propozycji, które przy ówczesnym stanie wiedzy, mocno już zaawansowanym, trudno sklasyfikować inaczej niż jako kuriozalne.