PN结二极管的发明:二极管的历史

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PN结二极管是最早被发明和制造的半导体电子元件。PN结二极管的发明是进一步发展半导体的垫脚石之一。

然而，PN二极管的发明本身依赖于之前的观察和电子元件。

尽管有很多人参与了PN结二极管的发现，但人们普遍认为发明PN结二极管的人是拉塞尔·奥尔。

什么是PN结二极管

PN结二极管是基于半导体的最基本的电子元件之一。它不仅被用作分立的电子元件，而且被包含在数十亿个集成电路中。

二极管可以有多种格式。现代的分立电子元件可以用电线引线连接，并具有各种尺寸。大电流器件甚至可以用螺栓固定在散热器上，而更小的整流器和信号二极管可以在更小的封装中。

二极管也可以作为表面贴装设备，smd。这些电子元件自然倾向于用于印刷电路板安装的低电流二极管。

所有这些二极管的存在都归功于多年来的发展，正是这些发展使我们的技术达到了今天的水平。

早期的二极管探测器

最早的二极管用于早期的无线或收音机。有两种类型。一种是基于Ambrose Fleming发明的热离子阀/真空管技术，后来发展为Lee de Forest发明的三电极三极管或三极管。

另一种是在某种物质的晶体上放一根细线。

晶体探测器，或者后来被称为猫须探测器，提供了一种比以前使用的相干和磁性探测器等系统优越得多的探测形式。晶体探测器的输出被输入到一对耳机中，信号可以被听到。

像许多发明一样，许多人开始报告他们的使用。据报道，最早使用晶体探测器的是一位名叫Jagadis Chandra Bose的印度物理学教授，他在加尔各答的总统学院工作。他演示了使用方铅矿(硫化铅)晶体和金属点接触的二极管的使用。1901年，他为用于探测无线电信号的点接触半导体整流器申请了美国专利。

然后在1906年，一些其他的专利被申请。那一年最早的申请之一是由德国的费迪南德·布劳恩(Ferdinand Braun)在1906年2月18日为他的探测器申请了专利。这种晶体探测器是基于裸美兰-一种锰的水合氧化物。

1906年2月21日，L·W·奥斯汀为碲硅探测器申请了专利。一个月后，也就是1906年3月，美国的H H C Dunwoody将军申请了碳化硅探测器的专利。随后，Greenleaf W Pickard在当年8月为一种硅金属整流器申请了专利。皮卡德说，他从1902年起就开始研究晶体探测器，这是他大约四年工作的成果。

这些二极管的使用并没有立即得到普及。它们相对不可靠，当时无线电的专业用途采用热离子阀/真空管技术。直到20世纪20年代和30年代初，当公共广播开始运行，家庭需要负担得起的收音机时，廉价探测器的价值才开始凸显出来。

正是在这里，低成本的猫须晶体探测器被使用。直到阀门/真空技术变得更便宜，可以用于国内收音机。就在这时，水晶探测器被废弃了，但它们并没有完全被遗忘。

有趣的是，人们对这些晶体探测器的工作方式知之甚少，但观察到被检测到的信号可能有不同的极性，这取决于所使用的探测器和其中的晶体和电线的类型等方面。

其他整流器发明

人们早就知道，硒甚至氧化铜都能充当整流器。

1874年至1883年间，布劳恩、舒斯特尔和西门子观察到了硒和一些我们现在称为半导体的其他材料的整流特性。亚当斯和戴在1876年进行了进一步的观察，然后C·E·菲茨在1886年进行了进一步的观察，但并没有制造出实际的设备，因为当时它们的应用还不清楚。

硒整流器的商业化生产始于20世纪30年代，当时它们被用于一些收音机，甚至汽车电池充电器等应用。

氧化铜是另一种用于整流器的材料，但由于硒能够在更高的电压水平下工作，氧化铜的使用不太广泛。

硒整流器的使用持续了许多年。在20世纪60年代早期，它们最终被硅器件所取代。

后来推动了PN结二极管的发明

几年来，人们对半导体二极管的兴趣仍然很低。然而，当欧洲紧张局势加剧时，英国开始投资雷达，并提高其性能，以获得敌机、舰艇等的位置更好的想法。

为了提高性能和清晰度等，有必要增加雷达装置工作的频率。

最初使用的是阀门或真空管，但它们的性能随着频率的增加而下降，这成为频率进入微波区域的一个限制因素。

可见，点接触二极管或晶体探测器的频率响应实际上比阀门/真空管探测器的频率响应更好，这成为进一步研究半导体二极管探测器的动力之一。

提高硅的质量

为了研究如何将硅提纯到比以前要求的高得多的程度，人们进行了大量的工作。事实上，这项工作是在美国(主要是在贝尔实验室)和德国进行的，尽管人们对这项工作知之甚少。

以前，科学界内部有许多关于发展的信息交流，但随着战争的爆发，信息的自由传递停止了，因为双方都在寻求任何可能有益的新发展方面都寻求占上风。

在美国，贝尔公司的J H Scaff和H C Theuerer成功地将硅的纯度水平提高了一个数量级，超过了以往取得的任何成就。

他们还能够制造p型和n型半导体。

从事PN结二极管的开发工作

贝尔a的一位名叫拉塞尔·苏梅克·奥尔的研究人员一直在用可复制的方式研究不同类型的硅样品。在这项工作中，他观察了许多不同的硅样品。

正是在这些研究中，真正的PN结二极管偶然出现了。奥尔正在研究一个硅晶体的例子，它的中间有一个裂缝。

他用欧姆计测试了样品的电阻，并注意到当暴露在光下时，它明显下降。当它暴露在光下时，电流会更多。

众所周知，硒器件具有类似的性能，因此，似乎裂解的硅样品表现出类似但意想不到的方式。

Russell Ohl向他的同事们展示了这个装置，他们推断，裂缝是在硅在坩埚中冻结时形成的，不同的污染物或杂质分散到样品的不同区域。进一步推断样品一侧为p型材料，一侧为n型材料。

进一步的研究表明，PN结在受到光照射时产生电流——一种将光转化为电能的硅太阳能电池被发明了。研究还表明，它的效率水平比之前表现出这种现象的硒细胞要高得多。

PN结二极管不仅是一种比以前看到的更好的太阳能电池，而且是一种优秀的整流器。

奥尔于1946年因发明太阳能电池而获得美国专利，并因发明PN结二极管而获得专利。就这样，Russell Ohl发明了PN结二极管。

后来PN结二极管的发展

由于美国向不同的组织授予了许多非常相似的合同，以确保半导体技术的重大进步，另一组科学家开始在美国普渡大学工作。在卡尔·拉克-霍洛维茨手下工作。

他们的研究重点是更多地了解锗，以及如何将它用于更有效的雷达探测器。

他们的工作研究了锗的基本性质，如何提纯它，第三，如何将它用于更有效的探测器。

他们的工作产生了锗二极管探测器，使锗技术在探测器领域取得了早期的领先地位。

许多年之后，许多锗二极管都是可用的。例如，像Mullard这样的公司生产锗二极管。

除了这些二极管外，还制造了许多低成本的简单点接触锗二极管。在玻璃封装中，可以很容易地看到半导体和导线的接触。

在随后的几年里，二极管技术取得了显著的进步。半导体二极管不仅被用作雷达和无线电系统的探测器，而且功率整流器也被开发出来，以取代功率消耗大的真空管/阀门整流器和不太可靠的硒整流器。

今天，奥尔作为PN结二极管的发明者和其他帮助铺平道路的人的工作几乎被遗忘了，但他们奠定的基础是现代电子技术现代电子元件和电子电路设计的基石。

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