С момента изобретения кристадина Лосева, который был нечто средним между стабилитроном и динистором, и имел участок отрицательного дифференциального сопротивления в вольтамперной характеристике, инженерам стало понятно, что неплохо было бы иметь констурктивно мощный выпрямительный твердотельный диод, который бы срабатывал при превышении определенного напряжения на нем, имея при этом высокое сопротивление до этого участка. Таковыми стали диэлектрические диоды, на основе сульфида свинца на подложке из серебра или золота. Вспомним, что если стекло нагреть пламенем свечи, оно может проводить электрический ток. Примерно такие же свойства имеют и ДД.
Сначала — предварительный опыт. Приготовьте раствор нитрата или ацетата свинца и пропустите через негo сероводород (работайте под тягой!). Выпавший осадок сульфида свинца PbS высушите и проверьте, как он проводит электричество. Оказывается, это самый обычный изолятор. Так причем же здесь полупроводники?
Если получить сульфид свинца несколько другим путем, и осадить его в виде тонкой черной пленки, которая состоят из очень маленьких, различимых только под микроскопом кристаллов, эффект будет разительно отличатся. Пленка выглядит невооруженным глазом почти зеркально. Присоедините к пленке два электрических контакта и пропустите ток. Если сульфид свинца из предыдущего опыта вел себя как диэлектрик, то теперь он проводит ток! Включите в цепь амперметр, измерьте ток и подсчитайте сопротивление: оно окажется выше, чем у металлов, но не столь уж большим, чтобы служить препятствием для прохождения тока.
Поднесите к пластинке зажженную лампу совсем близко и снова включите ток. Вы сразу обнаружите, что сопротивление сульфида свинца резко упало. Примерно так же будет вести себя черная пленка, если ее просто нагреть. Но если при освещении и нагревании проводимость увеличивается, значит, мы имеем дело с полупроводником!
Отчего же у сульфида свинца такое свойство? Некоторые соединения, среди которых и сульфид свинца, не подчиняются закону постоянства состава. И все они — полупроводники. (Это же, между прочим, относится и к оксиду алюминия, выпрямлявшему переменный ток.)
Атомы свинца и серы связаны в кристалле двумя электронами: свинец отдает их сере. Ну а когда соотношение 1:1 нарушается? Если рядом с атомом свинца нет атома серы, электроны окажутся свободными — они-то и будут служить носителями тока. А таких случаев совсем не так мало, как может показаться. Конечно, отношение 1,0005:1 почти равно единице, но если вспомнить, как много атомов в кристалле, то эта незначительная разница уже не покажется вам такой пустячной.
Состав сульфида свинца можно регулировать. Нужно это затем, чтобы изменять его проводимость. Когда атомов серы в кристалле становится больше, то проводимость падает, а когда их меньше, то образуется больше свободных электронов, и проводимость растет. Словом, меняя соотношение атомов серы и свинца, можно получить требуемую проводимость. Опыт этот поставить непросто; если вы не рискнете проводить эксперимент, поверьте на слово, что он получается.
Нужно взять кварцевую трубку и поместите в нее лодочку с сульфидом свинца. С другой стороны введите в трубку такую же лодочку со свинцом и очень сильно нагрейте трубку, чтобы свинец начал испаряться. Сульфид в этом случае будет поглощать пары, он обогатится свинцом, и его электропроводность значительно повысится.
Осталось лишь ответить на вопрос, отчего сульфид свинца так чувствителен к освещению. Световые кванты сообщают энергию электронам, причем в каждом конкретном случае наиболее эффективны лучи с определенной длиной волны. Для сульфида свинца — это инфракрасное тепловое излучение.
Полупроводниковые свойства сульфидов уже давно используют в науке и технике. Так, сульфид кадмия находит широкое применение в фотоэлектрических, регистрационных и регулировочных устройствах, например на основе сульфида кадмия изготовляют полевые фототриоды, так называемые диэлектрические диоды и триоды. Фотосопротивления, изготовленные из CdS, превосходят в видимой области света по своей чувствительности все другие подобные устройства.
Принцип действия диэлектрического диода отличен от принципа действия электровакуумного и полупроводникового диодов. Выпрямляющий эффект в диэлектрическом диоде определяется различием работ выхода из истока и стока и может оказаться значительным за счет нанесения на диэлектрик контакта из материала с очень малой работой выхода. Поэтому в одном направлении возникают большие токи, а в обратном направлении - исчезающие малые токи. Поэтому в детекторных приемниках использующих статическое электричество этим диодам цены нет. )))) А также в области выпрямления высокого напряжения (но здесь играет роль несколько другие процессы, связанные с холодным и обычным электричеством).
В древних трактатах по алхимии сульфиды разричных металлов представлены достаточно хорошо и даже даются методы осаждения, а вот место применения их - сие великая тайна есть.
