В пример с демонстрацией можно добавить несколько шеренг людей, у которых один шарик на троих и несколько шеренг, у которых по три шарика на каждого. Если ветер дует в сторону шеренг с недостатком шариков, то все прилетающие по ветру шарики быстро переловят обделенные демонстранты, и шарики за их шеренгой не появятся, а вот если ветер подует в другую сторону, то шарики полетят вдоль толпы, вырванные из рук шеренг, у которых они с избытком.
Так и выходит электрический «клапан». В одну сторону электричество течет, в другую — нет. Картина, правда, существенно сложнее описанной — но с этим пусть потомки мучаются. Для нас пока важно иное — химическими манипуляциями необходимо создать «сэндвич», у которого есть слой «бедных» атомов и слой «богатых», на свободные электроны, атомов.
Таких вариантов химических соединений огромное множество, но у каждого из них разная степень «бедных» и «богатых» атомов, соответственно, одни могут быть хорошими клапанами, другие посредственными, а третьи так и совсем никакими. К этому еще добавляется химическая сложность синтеза таких материалов, и недоступность многих веществ. Например, хорошие характеристики у германия — но даже не представляю, где его брать. У кремния характеристики замечательные, кремния полно, но вот химическая технология получения из него полупроводника — сложновата. Мало того, что кремний надо особо чистый, так как всего несколько атомов примеси испортят полупроводник, так еще и кристаллическую решетку ему организовать надо. Кстати, при вытяжке кристалла из расплава, можно просто регулировать скорость вытяжки то быстрее, то медленнее, и это мизерное нарушение кристаллической решетки кремния уже даст слои полупроводника «богатые» и «бедные» — потом только останется распилить кристалл на пластины и «клапаны» готовы.
Пока на чистый кремний замахиваться не будем — есть варианты гораздо проще, и не сильно то уступающие кремнию в характеристиках управления электрической рекой.
Из прочитанных старинных журналов «Радио», моего времени, знаю четыре рецепта:
Сульфидный рецепт — когда пластинку чистой меди окунали в кипящую серу, и на поверхности пластинки появлялась пленка, результат реакции серы и меди. Это и есть полупроводник. К пленке прижимать один контакт, медь будет другим контактом и клапан готов.
Купроксный рецепт — пластинку меди разогреть, до границы плавления, в печи с недостатком воздуха, потом охладить, желательно двухступенчато, и получим, после легкой зачистки или замачивании в спирту, медь с вишневой пленкой «побежалости». Пленка и есть полупроводник. Один контакт к ней, второй к меди.
Надо бы заметить, что такие «клапана» использовались очень широко в свое время. Медные пластинки делали с отверстием посередине, прокаливали их, лежащих одной стороне на железных подносах, чтоб пленка образовалась только с одной стороны, и потом соединяли, через центральное отверстие, длинной шпилькой, несколько пластин друг с другом. А то и несколько десятков пластин. Количеством пластин подбирали «клапан» на разные напряжения и токи, получая силовые столбы выпрямителей. Были варианты и маленьких пластин, которые использовали в радиосхемах. Наша промышленность выпускала даже несколько наименований таких радиодеталей в маленьких корпусах, называя эту серию «цвитекторы». Радиолюбители того времени пищали от восторга. Широко купроксные «клапана» применялись. Но и они были не без недостатков.
Следующие рецепты применяли только для радиосхем, так как большими токами, пропускаемыми через себя, эти «клапана» похвастать не могли. Но у них имелись свои, весьма важные, достоинства. В мою историю эти детали вошли под именем «детектор».
Галенитовый рецепт — красивое имя подразумевает простой сульфид свинца. Он в природе достаточно широко встречается в виде минерала, но сам минерал, увы, обычно загрязнен примесями, и полупроводник из него, в природном виде, выходит непредсказуемый. Для максимального качества полупроводник синтезировали простым сплавлением чистого свинца и чистой серы. В результате химической реакции получались серые кристаллы с металлическим блеском. Если в такой кристалл ткнуть стальной иглой, плотно прижимая острие к поверхности кристалла, выходит тот самый полупроводник. Вот только не каждая точка на поверхности кристалла будет работать как надо — точку приходилось искать методом «научного тыка». Почему так? Да все эти злые примеси и кристаллические структуры. Не везде они правильно располагались. Теоретически, если серу и свинец хорошенько очистить, сплавить их, чтоб равномерно весь объем прореагировал, а потом еще и кристаллизовать — будет полупроводник работать в любом месте «тыка». Вот только технология выходит немногим легче кремниевых кристаллов. Посему, старались сделать все максимально хорошо, а потом подбирали самый удачный кристаллик, или место на кристаллике.