www.mexanik.ru

ВВЕДЕНИЕ

Представление о полупроводниках как об особом классе веществ возникло в начале 30-х годов в связи с появлением квантовой теории твердого тела. Однако уникальные физические свойства этих материалов использовались в приборах еще в конце прошлого века. Выпрямительные свойства контактов между металлами и некоторыми сернистыми соединениями были обнаружены в 1874 г. А. С. Поповым. При изобретении радио был применен порошковый когерер, в котором использовались нелинейные свойства зернистых структур.

В 20-е годы нашего столетия О. В. Лосев экспериментально доказал существование некоторого «активного» слоя в детектирующем контакте, обладающего вентильными свойствами, которые теперь объясняются наличием р—п перехода. Еще в 1923 г. он обнаружил в этом слое явление люминесценции, которое теперь широко применяется в светоизлучающих диодах и полупроводниковых лазерах. Он был первым, кто обнаружил и использовал наличие отрицательного дифференциального сопротивления точечно-контактных диодов для усиления и генерации радиосигналов. Широкое и систематическое исследование свойств полупроводников было начато в 30-е годы группой советских ученых под руководством известного физика Героя Социалистического Труда академика А. Ф. Иоффе. Именно в этот период были разработаны основы физики полупроводников, открыты наиболее важные эффекты в полупроводниках, на основе которых работают современные полупроводниковые приборы. При разработке теории выпрямления на границе двух полупроводников разного типа электропроводности (электронной и дырочной) Б. И. Давыдов в 1938 г. установил важную роль неосновных носителей заряда в образовании тока. В 1940—1941 гг. В. К. Лошкаревым и его сотрудниками экспериментально была подтверждена диффузионная теория выпрямления на р—п переходе. В 1940 г. был изготовлен первый точечный диод.

В 1948 г. американские физики Дж. Бардин, У. Браттейн и У. Шокли предложили, а затем изготовили точечно-контактный транзистор. У. Шокли разработал теорию плоскостного транзистора. В 1952 г. были созданы первые промышленные образцы плоскостных транзисторов, получивших в дальнейшем широкое распространение. Тогда же У. Шокли предложил полевой транзистор с управляющим р—п переходом.

Под руководством А. Ф. Иоффе были развернуты работы по энергетическому применению термоэлементов, которые нашли практическое применение в термоэлектрических генераторах во время Великой Отечественной войны.

Большой вклад в изучение механизма фотопроводимости внесли Б. Т. Коломиец, С. М. Рыбкин, Л. Н. Курбатов, Д. В. Наследов. Всеобщее признание получили работы В. Е. Лошкарева и его сотрудников в области исследования фотоэлектрических явлений в сернистом кадмии. В 1954 г. были созданы кремниевые солнечные батареи, КПД которых составлял 6%.

Одновременно с разработкой приборов новых типов велись работы по совершенствованию технологических методов их изготовления. В первой половине 50-х годов был разработан процесс диффузии примесей в полупроводниковые материалы, и в 1956 г. началось производство транзисторов с базой, полученной методом диффузии. Важным достижением стало появление в начале 60-х годов планарного процесса. Выращивание изолирующего слоя диоксида кремния на поверхности кремниевой подложки и получение в нем топологического рисунка заданной конфигурации с применением процесса фотолитографии позволили осуществлять прецизионный контроль за размерами элементов полупроводниковой структуры. Планарная технология на многие годы определила прогресс в производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Наряду с этим в 1960 г. был разработан еще один из важнейших технологических процессов — эпитаксиальное наращивание слоев полупроводников требуемых толщины и электрических свойств на монокристаллической подложке.

Наиболее значительные работы советских ученых и инженеров отмечены Ленинскими и Государственными премиями. Так, в 1950 г. коллектив сотрудников под руководством А. В. Красилова был удостоен Государственной премии за разработку кремниевых СВЧ диодов. В 1961 г. за разработку германиевых СВЧ диодов Государственной премии были удостоены С. Г. Калашников и др. В 1964 г. за работы по получению когерентного излучения в переходе на вырожденных полупроводниках была присуждена Ленинская премия Н. Г. Басову, Б. М. Вулу, О. Н. Крохину, С. М. Рывкину и др. Тогда же за большой вклад в развитие квантовой радиофизики Н. Г. Басов и А. М. Прохоров были удостоены Нобелевской премии. Новое направление квантовой электроники — полупроводниковые лазеры — получило бурное развитие. В 1972 г. за создание гетероинжекционных полупроводниковых лазеров Ленинская премия присуждена Ж. И. Алферову.

В 1963 г. появились первые образцы эффективных промышленных светоизлучающих диодов на основе соединений типа АIIIBV.

По мере совершенствования технологии полупроводниковых приборов и с появлением планарной технологии наблюдалось быстрое освоение полупроводниковыми приборами диапазона СВЧ. В 60-е годы появились смесительные диоды с барьером Шотки, туннельные диоды, варикапы, СВЧ транзисторы. Эффект генерации когерентных СВЧ колебаний в р—п переходе при ударной ионизации, обнаруженный в 1959 г. А. С. Тагером и его сотрудниками, лег в основу нового типа приборов — лавинно-пролетных диодов.

Достижения полупроводниковой электроники явились основой создания микроэлектроники. В 1961—1962 гг. появились первые биполярные интегральные микросхемы, а в 1964 г. — несложные интегральные микросхемы на полевых транзисторах. С 1967 г. начался выпуск больших интегральных микросхем. Советская электронная промышленность выпускает сейчас современные сверхбольшие и сверхбыстродействующие интегральные схемы.

В настоящее время процесс совершенствования полупроводникового производства идет по пути улучшения технологии, использования новых полупроводниковых материалов, разработки новых технологических процессов и методов, усиления технологической дисциплины, широкого внедрения автоматизации и механизации, вследствие чего возрастает процент выхода годных изделий и снижается их себестоимость.

Назад, на страницу описания