Фундаментальные эксперименты классической физики

Использовался германий п-типа с избытком электронов и удельным сопротивлением порядка 10 Ом×см... Точечные контакты изготовлялись как из вольфрама, так и из фосфористой бронзы...

Каждый точечный контакт в отдельности вместе с электродом базы образует выпрямитель с высоким обратным напряжением. Важное значение для работы устройства имеет характер тока в прямом направлении. Мы полагаем, что непосредственно у поверхности располагается тонкий слой с проводимостью р-типа, связанной с наличием дефектов. В результате ток, направление которого по отношению ко всему объему кристалла и является прямым, в большой степени создается дырками, т. е. носителями, имеющими противоположный знак по е отношению к носителям, обычно присутствующим в избытке внутри объема германия.

Когда два точечных контакта расположены очень близко друг к другу на поверхности и к ним приложено постоянное питающее напряжение, контакты оказывают взаимное влияние друг на друга. Именно благодаря ему становится возможным использовать данное устройство для усиления сигналов переменного тока. Электрическая цепь, с помощью которой этого можно добиться, показана на Рис. 8. К эмиттеру приложено небольшое положительное напряжение в прямом направлении, которое вызывает ток в несколько миллиампер через поверхность. К коллектору прикладывается обратное (отрицательное) напряжение, достаточно большое для того, чтобы ток коллектора по порядку величины был равным или больше тока эмиттера. Знак напряжения на коллекторе таков, что он притягивает дырки, идущие от эмиттера; в результате большая часть тока эмиттера проходит через коллектор. Последний создает большое сопротивление для электронов, текущих в полупроводник, однако он почти не препятствует потоку дырок в точечный контакт. Если, далее, ток эмиттера модулируется напряжением сигнала, это приводит к соответствующему изменению тока коллектора. Было обнаружено, что поток дырок из эмиттера к коллектору может изменить нормальный ток от базы к коллектору, причем так, что изменение тока коллектора превышает изменение тока эмиттера. Кроме того, коллектор как выпрямитель, включенный в обратном направлении, обладает большим импедансом (104—105 Ом) и может быть с согласован с выходной нагрузкой, имеющей большой импеданс. Была получена большая величина отношения выходного напряжения к входному — того же порядка, что и отношение импедансов выпрямляющего точечного контакта в обратном и прямом направлениях. Таким образом, возникает соответствующее усиление мощности входного сигнала...

Используя цепь, изображенную на Рис. 8, удалось получить выигрыш в мощности более 20 дБ (т. е. более чем в 100 раз); подобные устройства работали как усилители при частотах вплоть до 10 МГц».

То обстоятельство, что изменение тока коллектора превосходит изменение тока эмиттера, означает, что дело здесь не только в дырках, инжектированных эмиттером и захваченных коллектором. В подробной статье авторы объясняют это следующим образом: «Тот факт, что ток коллектора может в действительности изменяться более значительно, чем ток эмиттера, связан, как мы считаем, с изменением пространственного заряда в барьерном слое вблизи коллектора за счет дырочного тока, протекающего через переход. Увеличение плотности объемного заряда и напряженности поля облегчает электронам выход из коллектора, что и приводит к возрастанию тока электронов».

В этом объяснении отмечены два обстоятельства, которые постепенно начали выявляться в ходе экспериментов. Первое состоит в том, что изменение плотности неосновных носителей, хотя и малое по абсолютной величине, может оказывать сильнейшее влияние на свойства всего материала в целом. Второе сводится к тому, что существенной частью активного элемента цепи — усилителя должно быть наличие двух границ раздела фаз: между металлом и полупроводником и между двумя типами полупроводников, даже между металлом и вакуумом. Эти границы должны быть достаточно близки друг к другу, чтобы неравновесные процессы, вызванные током через одну из них, могли непосредственно воздействовать на движение тока через другую; все три фазы, разделенные границами, должны иметь электроподводы. Для того чтобы полностью выяснить второе обстоятельство, потребовалось немало времени. Однако именно это выяснение и обеспечило дальнейший прогресс.

Бардин приписывал успех работы с электролитом наличию на поверхности полупроводника модифицированного слоя, который ограничивает ток электронов. Однако такая интерпретация почти сразу была поставлена под сомнение, особенно после того, как, согласно подробной статье, обнаружилось, что «можно получать хорошие транзисторы, у которых поверхности подготовлены обычным образом, как для выпрямителей с высоким обратным напряжением, при условии, что коллекторный контакт формируется электрически. Такие поверхности не обнаруживают поверхностной проводимости». Гипотеза о том, что модифицированный поверхностный слой не играет важной роли, проверялась несколькими способами, наиболее четкий из них был предложен Шокли и независимо осуществлен Джоном Н. Шивом; точки эмиттера и коллектора приводились в контакт с противоположными сторонами тонкой полоски германия, и такое устройство давало транзисторный эффект, сравнимый с действием оригинального устройства.

Стремясь разработать эксперименты, объясняющие это обстоятельство, Шокли пришел к рассмотрению структур, содержащих три слоя: например, материал п-типа между двумя слоями р-типа. Он думал о таких структурах и раньше — правда, не в связи с усилителями, — но теперь его идеи оказались как нельзя кстати. Диффузия неосновных носителей в центральную часть могла регулироваться приложенным к этой части потенциалом, однако, попав в центральную часть, эти носители почти неизбежно должны были продиффундировать далее сквозь нее. В этом состоит существо принципа работы р-п-р и п-р-п-транзисторов. Подробная теория была опубликована в 1949 г., а первые успешно работающие устройства появились в апреле 1950 г. С тех пор транзисторы с п-р-п и р-п-р-переходами в значительной степени вытеснили транзисторы с точечным контактом.

 

 

 

 

 

ВЫВОД

 

 

На протяжении всего  существования человечества люди пытались понять окружающий их мир. Природное любопытство, жажда познаний и стремление облегчить себе жизнь заставляли людей изучать законы мироздания. С древних времен люди копили и передавали свои знания об устройстве мира, а когда их стало достаточное количество – образовалась наука, которую мы сейчас  называем физика.

Именно физики двигают  прогресс, именно благодаря этой науке мы используем сложнейшие аппараты, живем в домах, где есть газ, телефон, свет, водоснабжение и канализация. Эта наука дала человеку комфорт и безопасность, покорила силы стихий и открыла новые горизонты для завоеваний. Практически во всем, что нас окружает, есть заслуга физики.

История физики хранит немало событий и фактов, оказавших большое  влияние на ход развития этой древней  науки и составивших золотой фонд ее памяти.

Физическое понимание  процессов, происходящих в природе, постоянно развивается. Большинство  новых открытий вскоре получают применение в технике и промышленности. Однако новые исследования постоянно поднимают  новые загадки и обнаруживают явления, для объяснения которых требуются новые физические теории. Несмотря на огромный объём накопленных знаний, современная физика ещё очень далека от того, чтобы объяснить все явления природы.

 

 

 

 

 

 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тригг Дж. Физика ХХ века: ключевые эксперименты. Пер. с англ. Ю.Г.Рудого, под ред. В.С.Эдельмана. М., «Мир», 1978.

2. http://novmysl.finam.ru/ListOfExperimentsChrono.html

3. http://novmysl.finam.ru/Electrodynamics/Rikke.html

4. http://novmysl.finam.ru/ThermoStat/Perrin.html

5. http://novmysl.finam.ru/Quantum/Rutherford_scattering.html

6. http://novmysl.finam.ru/Quantum/Superconductivity.html

7. http://novmysl.finam.ru/Quantum/ThomsonTartakovsky.html

8. http://otherreferats.allbest.ru/physics/00062711_0.html

9. http://works.tarefer.ru/89/100267/index.html

10. http://referat.ru/referats/view/28702

11.http://www.google.com.ua/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=15&ved=0CEwQFjAEOAo&url=http%3A%2F%2Fwww.yarborok.ru%2Freferaty%2Ffizika%2FFundamentalnyezakonyfiziki.doc&ei=gM9uUZmIA4G1PdSegPgJ&usg=AFQjCNFgPDYrKkrBzJWoXrAwYgBqu7FWnA&sig2=qyH0sJfMS3e6aa8zoIrWqg

12. http://www.5ballov.ru

13. http://www.allbest.ru/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДОПОЛНЕНИЕ

(1901) Опыт К. Рикке  по проверке неатомного характера  тока в металлах 

(1908) Опыт Перрена по  определению масс молекул. Распределение  Больцмана и теория броуновского  движения 

(1910) Эксперименты Э. Резерфорда по рассеянию альфа-частиц на атомах тяжелых элементов

(1911; 1938) Открытие сверхпроводимости  и сверхтекучести. Куперовские пары

(1910–1913) Опыты Милликена  и Иоффе по измерению заряда  электрона. Дискретность электрического  заряда 

(1910–1913) Опыт Толмена–Стюарта по наблюдению инерционного тока в металлах. Определение знака заряда носителей тока в них и соотношения e/m

(1912) Открытие дифракции  рентгеновских лучей М. фон  Лауэ

(1913) Наблюдения кривых  блеска двойных звезд и другие  астрономические подтверждения постоянства скорости света в вакууме

(1913) Опыт Франка–Герца

(1914) Магнитомеханический  опыт Барнетта и гиромагнитное  отношение для спина электрона

(1919) Опыт 1919г. по наблюдению  отклонения световых лучей в  гравитационном поле Солнца. Гравитационные линзы

(1920) Опыт Штерна по  измерению скоростей движения  молекул в газе. Распределение  Максвелла

(1921) Опыт Штерна–Герлаха. Спин электрона

(1923) Эффект Комптона  — неупругое рассеяние жесткого  электромагнитного излучения на  заряженных частицах

(1927) Опыт Дэвиссона–Джермера  по дифракции электронов. Гипотеза  де Бройля. Копускулярно-волновой  дуализм

(1928) Опыт Томсона–Тартаковского  по дифракции электронов на  тонкой поликристаллической пленке

(1929) Космологическое  красное смещение и расширение Вселенной. Закон Хаббла. Модели Фридмана

(1932) Открытие позитрона.  Античастицы

(1932) Опыт Кеннеди–Торндайка  как проверка релятивистской  формулы для замедления времени

(1930–1934) Наблюдение поглощения  отдельных фотонов в фотоэлектронном  умножителе

(1938) Измерение релятивистских  поправок к эффекту Доплера.  Опыт Ивеса–Стилвелла

(1941) Наблюдение среднего  времени жизни нестабильных релятивистских  частиц

(1947) Наблюдение лэмбовского  сдвига в атомах — первое  свидетельство существования электромагнитного вакуума

(1947) Открытие пионов (пи-мезонов). Теория ядерных сил Юкавы 

(1948) Измерение аномального  магнитного момента электрона

(1949) Опыты Фабриканта–Бибермана  по дифракции отдельных электронов  на одной щели. Соотношение неопределенностей  Гайзенберга

(1950) Наблюдение спинового  эха в статистических системах  — реализация парадокса Лошмидта.

(1951) Резонансы в реакциях  между элементарными частицами.  Их описание как короткоживущие  промежуточные частицы 

(1956) Открытие нейтрино. Догадка В. Паули. Слабое взаимодействие

(1959) Изучение гравитационного  красного смещения с помощью  мёссбауэровской спектроскопии.  Опыт Паунда–Ребка

(1954–1960 и позднее) Изобретение  лазера и открытие нелинейно-оптических  эффектов.

(1961) Наблюдение К. Йонссоном  интерференции электронов на двух щелях (опыт Юнга с электронами). Коллапс волновой функции

(1936 — мюон, 1962 — мюонное  нейтрино,…, 2000 — тау-нейтрино) Наблюдение  высших поколений лептонов и  кварков

(1964) Открытие реликтового  излучения. Горячая вселенная  Г. Гамова

(1965) Ускорители на  встречных пучках — непосредственное  воплощение принципов релятивистской динамики частиц.

(1967) Открытие внутренней  структуры адронов. Кварковая  модель

(1971) Наблюдение замедления времени  в гравитационном поле. Опыт Хафеле–Китинга

(1972, 1981) ЭПР-парадокс. Опыты Фридмана-Клаузера  и Аспэ. Копенгагенская интерпретация квантовой механики

(1974) Наблюдения двойных пульсаров:  прецессия периастра и потери  энергии на гравитационное излучение