偶然的发现:PN 结——3月6日科学史上的今天

2018-03-06作者:科学π工作室, 编著编辑:书问阅读



20世纪30—40年代,在真空管无线电技术一统天下的时候,美国电报电话公司贝尔实验室的年轻科学家们,却一心希望能找到比真空管更好的替代物,他们选择了硅和锗,希望它们能成为更好的检波器材料。


1940年3月6日的这天早上,奥尔发现在置备好的一片硅片里有了裂痕,他和斯卡夫打开灯观察,却意外地发现了与硅片连接的伏特表指针竟然有了半伏特的偏转,这让他们大吃一惊。


原来在制备硅棒时,为了避免材料爆裂,要先把硅融化,然后令它慢慢冷却。在硅晶体固化的过程中,硅锭中的一些杂质浮到了顶端,使得中段较为纯净,而顶部却含有杂质(即商品硅),技师切割时无意中恰好切在了纯净硅和商品硅的界面上,于是硅片保留了两种不同的材质,奇迹就出现在这两种硅的交界面上。


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经过研究,他们找到了奇特现象的机制。原来,在两种硅的界面上,一个半片的表面更容易留住电子,因而形成带负电的N型;另一个半片不容易留住电子出现带正电的“空穴”,因而形成带正电的P型。在N型和P型的交界面上,电子和空穴的浓度差,出现了电子和空穴向两侧扩散的现象。扩散的结果,N型缺少了电子,而留下带正电的杂质离子,在半导体中,离子不能移动,不参与导电,这些不能参与导电的带电粒子就在界面上形成一个很薄的空间带电区,这个空间的电荷区就是PN结。


根据这一机制,他们很快地发现了PN结的单向导电特性。这正是他们所要寻找的最好的固体检波器材料,由此半导体二极管诞生。



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作者科学π工作室 编著
出版清华大学出版社
定价99元
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