"1940 m. vasario 23 d. Russellas Ohlas, "Bell Labs" tyrėjas ryškiai apšvietė silicio strypą, kurį jis tyrė. Tarp elektrodų, prilipusių prie strypo galų pasirodė elektros srovė. Kai Ohlas tarp šviesos ir strypo įdėjo ventiliatorių, srovė ėmė svyruoti pagal ventiliatoriaus užtemdančių peilių šešėlio, šviesos, šešėlio ir šviesos ritmą. Strypo elektrinis elgesys buvo akivaizdžiai nuo šviesos. Tai, kad šviesa gali sukelti tarp kai kurių medžiagų elektros srovę, buvo žinoma nuo XIX a. tai buvo vienas iš dalykų, dėl kurio Einšteino 1905 m. straipsnyje buvo pateiktas bendras paaiškinimas. Ohlo pastebėjimas išskyrė tai, kad „Bell Labs“ jis ir jo kolegos turėjo tinkamus fizinius ir konceptualius įrankius, kad galėtų suprasti, kaip tai vyksta, ir kaip pagerinti jo efektyvumą.
Jie atrado, kad strype yra tai, kas buvo vadinama „p-n sandūra“ - vidinis elektrinis laukas, kurį sukūrė du šiek tiek skirtingi silicio tipai, besiribojantys vienas su kitu. Tai skamba kaip nedidelis defektas, tačiau šiandien jis yra daugiau ar mažiau toks pat civilizacijos dalykas kaip ratas. Taikant elektronikos srityje, p-n jungtis pakeitė AT & T pasaulį iš vakuuminių vamzdžių, fizinių jungiklių ir operatorių, dirbančių telefono stotelėse, į silicio gabalėlius. Sukonfigūruota naudoti šviesą, ji dabar padeda išlaisvinti pasaulį nuo iškastinio kuro poreikio.
Tokių sujungimų darymas yra silicio „dopingo“ reikalas, pridedant kitų elementų pėdsakų. Kristaluose esantys atomai yra surišti cheminėmis jungtimis, pagamintomis iš bendrų išorinių elektronų. Gryno silicio kristale kiekvienas atomas naudoja savo keturis išorinius elektronus, kad sukurtų keturias tokias jungtis su keturiais kaimynais. Kadangi elektriniai laidininkai priklauso nuo laisvai tekančių elektronų, grynas silicis su visais savo elektronais yra elektros izoliatorius. Primaišykite į silicį fosforo ir tai pasikeičia: izoliatorius tampa puslaidininkiu. Fosforas turi penkis išorinius elektronus, palyginti su keturiais silicyje. Kai fosforo atomas atsiduria silicio gardelėje, keturi iš tų elektronų užmegs ryšius su keturiais silicio kaimynais. Bet penktasis galės laisvai klajoti ir taip vesti srovę. Dopingas, kuris tokiu būdu prideda elektronus, yra žinomas kaip n tipas. p tipo dopingui pridėti tokį atomą kaip boras, kuriame yra tik trys išoriniai elektronai. Dabar grotelėse yra skylių. Tos skylės, kaip ir atsarginiai elektronai, taip pat gali judėti per groteles, nešančias srovę.
Laimingo atsitiktinumo metu Ohlo mėginyje šalia vienas kito buvo p ir n tipo silicio sluoksniai. Nors paprastai abu legiruoto silicio tipai praleistų tam tikrą srovę, kartu, stebėtinai, jie negalėjo - bent jau ne be šviesos. Taip buvo dėl to, kad n tipo silicio elektronai pasklido į p tipą, o skylės eina į priešingą pusę. Šie pasislinkę krūviai sukūrė elektrinį lauką, ir tas elektrinis laukas suformavo barjerą, kuriuo daugiau elektronai negalėjo praeiti. Švieskite šviesą tokioje sandūroje, ir fotonai išjudins laisvus elektronus, kurie, jei yra sandūroje, tekės kaip atsakas į elektrinį lauką. Jei ant n tipo silicio paviršiaus uždėsite metalinį elektrodą, p-silicio paviršiuje - kitą ir paleisite tarp jų laidą, elektronai palei tą laidą tekės į p tipo silicį, kur jie rekombinuos su priešinga kryptimi judančiomis skylėmis: štai, srovė.
Nors jo jautrumas šviesai atkreipė Ohl dėmesį į p-n sandūrą, tai nebuvo p-n sandūros pirminis reikalavimas šlovei. „Bell Labs“ norėjo rasti būdą pakeisti vakuuminius vamzdelius ir kitus reikmenis, nuo kurių priklausė „AT&T“ verslas. p-n p-n sandūra įrodė tokią galimybę. 1947 m. Ohlo kolegos sugalvojo įrenginį, kuriame p-n sandūros izoliacinį poveikį būtų galima valdyti antruoju elektriniu lauku, taip sukuriant įjungimo / išjungimo jungiklį: tranzistorių. Tranzistoriai tapo naujų, pigių „kietojo kūno“ elektroninių schemų pagrindu. Technologija, kuri daugelį tranzistorių sutraukė į vieną puslaidininkio gabalą, pagimdė silicio lustą.
Saulės elementai gaminami panašiai kaip silicio mikroschemos, tačiau yra daug mažiau sudėtingi. Jų sandūros tiesiog sėdi ten, visada įjungtos, energiją iš fotonų paversdamos elektra. “[1]
1. "Gradually, then all at once... Solar power." The Economist, 9 Jan. 2021, p. 7(US).
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą