Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1962, H. 18 - Halvledarnas tekniska möjligheter, av Dick Lundqvist
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
av övergångsmetallernas oxider, som utnyttjas
i de temperaturberoende motstånden. Trots att
dessa typer av halvledare använts mycket
längre än Ge och Si, är våra kunskaper om
ledningsmekanismen i dem inte på långa vägar sä
detaljerad och exakt. Detta sammanhänger bl.a.
med, att man har att ta hänsyn till att
kristallbindningen åtminstone delvis är av
jonkaraktär, strukturen är mer komplicerad och de
kemiska egenskaperna komplexa. Dessutom
arbetar man praktiskt taget aldrig med
enkristall-system. Laddningsbärarnas transportmekanism
blir därför mer komplicerad och undandrar sig
ännu till stor del exakt behandling. På en mer
empirisk väg har man emellertid i dag fått
fram väldefinierade material med stabila
egenskaper, som gör det möjligt att tillverka
värdefulla komponenter av dem.
Komponenter under utveckling
Element utan pn-övergångar
Termistorer är den tekniska formen för
användning av halvledarnas temperaturberoende,
fig. 1. Dessa element framkom redan på
1940-talet och få principiella nyheter har sedan
tillkommit. Utvecklingen har lett mot ökad
repro-ducerbarhet och stabilitet. Dagens termistorer
är mycket pålitliga element, trots att
halvledar-systemet är relativt komplicerat. De viktigaste
materialen utgörs av smälta eller endast
sintrade blandningar av olika övergångsmetallers
oxider, huvudsakligen kristalliserande i
spi-nellstruktur.
Termistorernas höga temperaturberoende gör,
att varje typ blir användbar endast inom ett
relativt begränsat temperaturintervall, bl.a. av
hänsyn till mätutrustningarna.
Utvecklingstendenserna pekar därför i riktning mot
material-varianter, som skall medge användning vid
mycket höga respektive mycket låga
temperaturer. Det finns nu typer, som har en högsta
resistans av 100 kohm vid 20°K. För
arbetsområdet 1 000°—1 600°C har Al203-element
utvecklats. Termistorernas största kommersiella
användningar torde för närvarande gälla
temperaturkompensation samt mätning, kontroll och
reglering av temperaturer mellan — 50° och
+ 150°C. Dessutom utnyttjas deras
tidsfördrö-jande funktioner på olika sätt.
Termoelektriska element dugliga till
termo-elektrisk generering och kylning framkom
först när man bland olika studerade
halvle-darmaterial fann vissa kombinationer med
gynnsamt förhållande mellan termospänning
och värmeledningsförmåga. Stora resurser har
under senare år satts in på materialforskning,
elementkonstruktion och försök med
tillämpningar. Bästa kylelement har man fått fram
med stavar av n- och p-dopad Bi2Tea, med vilka
man kunnat uppnå temperatursänkningar på
ca 80°C.
För energialstring är Bi2Te3 icke lämpad på
grund av sin instabilitet vid högre temperatur.
Utvecklingsarbetet ligger här ännu helt på
materialområdet. Med PbTe-element uppger man
sig ha nått verkningsgrader på 12 %, men då
är att märka, att Carnot-verkningsgraden på
hela generatorn gör, att totala verkningsgraden
ändock inte överstiger 4—5 %. Bedan en
sådan verkningsgrad bedöms likafullt vara
attraktiv i vissa specialtillämpningar.
Kryosarer bygger på att halvledarnas fria
elektroner vid mycket låga temperaturer (flytande
helium) har helt frusits in i valensband
respektive donatornivåer, så att halvledaren
uppvisar "supramotstånd". Hos dubbeldopat Ge och
Si har man nu funnit, att man med hjälp av
en elektrisk puls kan momentant aktivera
dessa laddningsbärare, så att resistiviteten åter
sjunker till ett mycket lågt värde. Fenomenet
har en tyratronliknande karaktär. Elementen,
fig. 2, har döpts till kryosarer ("cryogenic
switching by avalanche and recombination").
Man kan alltså använda dem som
switchele-ment och har i dem uppmätt tillslagstider
kortare än 10"10 s. De kan tänkas utnyttjade som
bistabila minnen i datamaskiner och man har
beräknat, att man skulle kunna inrymma
inemot 12 000 element per kubikcentimeter. Ett
motsvarande treelektrodelement med inbyggd
pn-övergång har döpts till kryosistor.
Töjningsmätare utnyttjar den avsevärda
elasto-resistiva effekt som vissa halvledarmaterial
visar i en eller fler kristallriktningar, fig. 3.
Denna effekt är flera gånger större än vad som
skulle kunna förklaras med en ökad alstring av
laddningsbärarpar genom excitation från
valensbandet. Förklaringen tycks vara att söka i
en omgruppering av laddningsbärarna inom
respektive band. Laddningsbärarna på vissa
nivåer och i vissa kristallriktningar uppträder
nämligen under inverkan av ett yttre elektriskt
fält med en skenbar massa, som är större eller
mindre än den skenbara massan på andra
nivåer och i andra kristallriktningar. En liten
skenbar massa betyder, att laddningsbärarna
kan accelereras snabbt och har stor
driftrörlighet i fältet. En stor skenbar massa betyder
låg driftrörlighet. Konduktiviteten i sin tur är
direkt proportionell mot rörligheten.
Den elastoresistiva effekten förklaras nu med,
att "tunga" laddningsbärare omgrupperas till
nivåer, där de blir "lätta", dvs. får högre
rörlighet, varvid konduktiviteten stiger.
Upptäckten av denna effekt har lett till utveckling av
speciella töjningsmätare bl.a. av Si. Tunna
monokristallina trådar av Si kan böjas med
överraskande liten krökningsradie. Man påstår sig
ha uppnått 50 gånger högre känslighet hos ett
sådant Si-element än hos konventionella
töj-ningsgivare. Ännu större känslighet lär kunna
uppnås med p-PbTe.
Hall-generatorer, dvs. den tekniska
tillämpningen av Hall-effekten, har studerats tämligen
Fig. 1. Olika typer av termistorer; a
termometer-typ, b indirekt termistor för steglös reglering, c
direkt termistor för reläfördröjning, d naken pärla för
inbäddning, e bricktermistor för temperaturkontroll
och reglering eller kompensation.
i
n
482 TEKNISK TIDSKRIFT 1962 H. 18
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
