Что такое полупроводник - [15]
Изобретатели приложили много остроумия и выдумки, желая увеличить чувствительность прибора. Катод фотоэлемента покрывали специальными веществами, в баллон вводили газ, придумали даже хитроумные умножители электронов. {67}
И все-таки «стеклянный глаз» не приобрел достаточной чувствительности к свету. Да и не только в этом видели инженеры недостатки прибора. Как и всякое стекло, он был хрупок, не очень долговечен, неэкономичен. Плохо чувствовал себя нежный стеклянный прибор в машине, около грохочущих валов и шестерен. Трудно было приспособить его к работе в заводском цеху.
Много бились над усовершенствованием «стеклянного глаза», но решающих успехов достичь так и не удалось.
Между тем еще восемьдесят лет назад было открыто явление, подсказывающее выход из создавшегося положения.
ЗАБЫТОЕ ОТКРЫТИЕ
Для одной из своих работ английский физик Уиллоу-бай Смит подыскивал материалы с большим электрическим сопротивлением. Ученый перепробовал множество веществ и в конце концов решил остановиться на палочке из полупроводника — селена.
Смит включил селеновую палочку в свою электрическую схему. И спустя некоторое время произошло непонятное: внезапно ток в цепи резко возрос. Ученый проверил, нет ли где короткого замыкания. Все оказалось в порядке. И вдруг он заметил: на селеновую палочку падает из окна золотистое пятнышко солнечного света. Неужели это оно так изменило электропроводность? Смит загородил луч рукой — и ток уменьшился. Виновник был найден!
Ученый сообщил об открытии своим коллегам, и вскоре было создано первое селеновое фотосопротивление. Идеально простой прибор — маленький кусочек полупроводника — оказался в десятки раз более чувствительным к свету, чем человеческий глаз!
Как и многое в физике полупроводников, изобретение фотосопротивления вначале не вызвало интереса. О нем {68} быстро забыли и вспомнили лишь через полстолетие, когда удивительная способность селена «чувствовать» свет была открыта заново.
«ЗРЯЧИЕ» МАТЕРИАЛЫ
За последние десятилетия исследователи нашли множество полупроводников, обладающих в той или иной мере замечательным свойством селена.
Удалось подробно выяснить и сущность их взаимодействия со светом. Все там получается куда проще, чем в баллоне вакуумного фотоэлемента.
Очередь «световых пуль» вонзается в толщу полупроводника. Там фотоны растрачивают свою энергию на освобождение электронов из плена атомов, на создание дырок.
>Наверху — схема конструкции селенового фотосопротивления: 1 — селен; 2 — штырьки на стекле; 3 — электроды Внизу — внешний вид фотосопротивлений, выпускаемых отечественной промышленностью.
{69}
Получившие свободу носители тока не вылетают за пределы вещества, как в вакуумном фотоэлементе. Их тут же, прямо в глубине полупроводника, подхватывает электрическое поле.
Сейчас из разных материалов создано великое множество фотосопротивлений. Их устройство и внешний облик разнообразны — в зависимости от назначения. Правда, фотосопротивления уступают вакуумным фотоэлементам в расторопности, быстроте работы, иногда меняют свойства при переменах температуры. Но все они легки в изготовлении, надежны, долговечны, дешевы. А главное, эти «каменные глаза» в тысячи раз чувствительнее «стеклянных глаз».
Есть фотосопротивления, которые, подобно термисторам, улавливают инфракрасные лучи (даже и те, что испускаются человеческим телом). Другие регистрируют ультрафиолетовое излучение, лучи Рентгена, радиоактивные гамма-лучи. И неудивительно, что на основе этих неприхотливых приборов начала бурно развиваться самая разнообразная автоматика.
В нашей стране большая заслуга в создании и внедрении фотосопротивлений принадлежит неутомимому энтузиасту физики полупроводников — ленинградскому ученому Б. Т. Коломийцу.
В ЗАВОДСКИХ ЦЕХАХ
У нас первую путевку в жизнь фотосопротивления получили на Ленинградском мыловаренном заводе имени Карпова. Здесь они добросовестно считают куски мыла, сходящие с конвейера.
Движется кусок мыла и пересекает световой луч, направленный на фотосопротивление. Ток в приборе ненадолго уменьшается, что тотчас фиксирует электромеханический счетчик.
{70}
Уже четыре года автоматика действует безотказно.
Новаторы завода соединили со счетчиком особый прибор — «ритмомер». Взглянув на него, можно в любой момент судить о выполнении сменного и месячного плана.
Вот другой пример.
По желобу катятся отшлифованные шарики для подшипников. Они не все одинаковы. Те, что хорошо обработаны, — блестящие, яркие, словно капельки ртути. Но попадаются и тусклые. Эти недостаточно отшлифованы.
Шарики быстро бегут и доходят до перепутья: желоб раздваивается, а на перекрестке — калитка. Словно по взмаху волшебной палочки, она открывает то правый путь, то левый. Все блестящие шарики беспрепятственно проходят вправо — к сборке, а тусклые — влево, в ящик брака.
Как устроен автомат? Тоже на основе фотосопротивления.
Оно стоит возле желоба, перед калиткой. Прибор успевает «осмотреть» каждый шарик и дать электрическую команду калитке — какую дорожку открыть. Ведь свет от блестящих и тусклых шариков отражается {71} по-разному. На заводах шарикоподшипников этот простой механический контролер заменяет десятки людей.
