Глеб Анфилов - Что такое полупроводник

Между тем еще восемьдесят лет назад было открыто явление, подсказывающее выход из создавшегося положения.

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.

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.

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.

Фотосопротивления потрудились и при печатании книжки, которую вы сейчас читаете. В типографии они следили, чтобы в машину не попал лишний лист бумаги, чтобы листы ложились ровно, не рвались. При любой неполадке фотосопротивления тотчас останавливали печатную машину.

Цех автомобильного завода. Работница быстро кладет под пресс стальную заготовку. Удар — и готов корпус будущей фары. Через секунду — новый удар, еще одна фара вынута из-под штампа. Опять удар — готова следующая деталь... Вы подошли поближе, любуетесь, как ловко мнет машина толстые стальные круги. И вдруг работница предлагает вам:

— Суньте руку под ползун!

Что это? Послышалось вам или с ума сошел человек? Нет, она улыбается:

— Что, трусите? Боязно испробовать?

— Что ж тут пробовать! Ведь разможжит руку, мокрое место останется!

— Ну, так я попробую!

Не успеваете вы опомниться, как она сует руку под самый ползун... и тут же грозная махина металла, сердито рявкнув тормозами, замирает на месте.

— Техника безопасности! — гордо поясняет работница.

Если вы расспросите ее, почему же рука осталась цела, она расскажет вам много интересного.

Чего только не изобретали инженеры для безопасности работы на прессах! Делали, например, не одну кнопку включения машины, а две, чтобы обе руки рабочего занять. Придумали и такое: когда ползун движется вниз,  {72}  вперед выдвигается планка, отбрасывающая руки человека, если они попадут в опасное место. Пробовали даже привязывать руки рабочего на тонкие цепи — при каждом движении ползуна вниз руки поднимались на цепях. Нетрудно представить, как неудобны были такие приспособления, как они раздражали людей, мешали работать.

А этот пресс зрячий. Он не только работает, но и глядит, как бы не прищемить человека. Попадешь невзначай рукой под ползун — пересекается световой лучик от лампочки к фотосопротивлению, и оно дает команду тормозам. Работать стало легко и безопасно.

Знаете, как охотятся на волков? Берут гирлянду красных флажков и развешивают ее на деревьях вокруг леса. Волки натыкаются на флажки, их непривычный вид пугает их, и они отбегают назад. Но в одном месте в гирлянде устроен разрыв. Волк бросается туда и попадает под выстрел охотника, спрятавшегося в засаде.

В одном из цехов Московского завода «Прожектор» прежде тоже можно было видеть такую гирлянду. Зачем?

Представьте себе, что идет испытание прожектора. Высоковольтная испытательная установка находится прямо в цехе. Когда ток включен, проходить близко нельзя: напряжение смертельное — 3000 вольт. И вот, чтобы обезопасить людей, установку окружали гирляндой флажков. Это условный сигнал — не входи в запретную зону.

Только человек, в отличие от волка, не боится флажков. Бывало, понадобилась слесарю отвертка, которая лежала на станке за гирляндой, — и он рисковал, шел в опасное место. Такие случаи происходили нередко. Приходилось испытателям зорко следить за окружающими людьми, всегда быть наготове вовремя выключить ток.  {73} 

Теперь никаких флажков в цехах завода не увидишь. Испытатели перестали нервничать. Они поставили на стражу фотосопротивления.

Свет маленькой лампочки, собранный линзой в узкий луч, передается, как по эстафете, несколькими зеркалами, опоясывает запретную зону и попадает на «кристаллический глаз». Если кто-нибудь войдет на опасное место, он неминуемо разрывает луч — ток, идущий через фотосопротивление, резко слабеет, а вследствие этого немедленно выключается высокое напряжение.

Подобных зрячих автоматов-спасителей теперь сотни.

За столом сидит человек в темных очках. Он совершенно слепой. Но перед ним книга — обыкновенная книга, такая же, как и та, что сейчас раскрыта перед вашими глазами. И слепой читает эту книгу.

Известно, что люди, лишенные зрения, читают на ощупь — пальцами. В книгах, которые издаются для слепых, буквы, цифры, знаки препинания изображаются сочетаниями выпуклых точек. Но теперь слепые могут читать и любой обычный печатный текст — книгу, журнал, газету и т. д.