Главная arrow Алмазы arrow Возможности алмазов
 
 
Главное меню
Главная
Ювелирные изделия
Алмазы
Немного истории
Словарь ювелира
Архив ювелира
Ювелирная реклама
Блог
Поиск
Контакты
Карта сайта
Ювелирная информация
Ювелирные объявления о ювелирном искусстве

Возможности алмазов PDF Печать E-mail
Рейтинг: / 0
ХудшаяЛучшая 
Оглавление
Возможности алмазов
Страница 2

 

 

Ученый еще раз тщательно проверил схему и внимательно осмотрел каждый прибор. Затем взял кристалл алмаза, повертел его и закрепил между контактными зажимами установки. Он снова и снова производил измерения, но результат получался один и тот же. Что за дьявольское наваждение! У этого голубоватого камня электрическое сопротивление в миллионы миллионов раз меньше, чем обычно у алмаза, являющегося прекрасным изолятором.

Так в 1952 году был открыт полупроводниковый алмаз.

Как же получилось, что одно и то же вещество в одних случаях является изолятором, а в других — полупроводником?

По современным представлениям, принципиальной разницы между изолятором и полупроводником нет.

Известно, что в металлах, то есть проводниках, имеется множество свободных электронов, направленное движение которых под действием приложенной разницы потенциалов вызывает электрический ток. В изоляторах и полупроводниках все электроны находятся в связанном состоянии.

Чтобы эти электроны могли принять участие в возбуждении электрического тока, то есть превратиться в электроны проводимости, их надо освободить из тесных объятий соседей, затратив на это соответствующую энергию, достаточно большую, если это изолятор, и относительно маленькую, если это полупроводник.

Известно, что на величину электропроводности полупроводника сильнейшим образом воздействует введение в его решетку атомов некоторых других элементов. Так, например, достаточно ввести один атом индия на 100 миллионов атомов германия, как электропроводность германия заметно увеличивается.

Проведенный учеными анализ полупроводниковых алмазов показал, что их низкое электрическое сопротивление обусловлено наличием атомов бора.

Но что же это за новые атомы и как они очутились в решетке алмаза? Ведь раньше речь шла о том, что алмаз состоит из чистого углерода.

Установлено, что электроны, ответственные за химические связи между атомами в решетке алмаза, расположены крайне неравномерно. Большинство из них группируется в направлениях связей между соседними атомами, образуя своеобразные «электронные мостики». Плотность электронов в пространстве между этими мостиками очень маленькая, и в процессе формирования кристалла алмаза через такие «коридоры» в него легко проникают атомы других элементов. Наиболее часто в алмазах встречаются атомы азота, водорода, железа, кремния, никеля, кобальта и др.

Эти незваные гости, или, как их называют ученые, примесные атомы, в решетке алмаза ведут себя по-разному. Одни из них скромно размещаются между «хозяевами», другие настроены более агрессивно — они вытесняют атомы углерода, занимая их места.

Особенно бесцеремонно ведут себя атомы азота — ближайшего соседа углерода по Периодической системе элементов Менделеева. Они внедряются во все без исключения кристаллы природных алмазов, располагаясь там «как дома», и без стеснения выдворяют отдельные атомы углерода с их мест и даже образуют собственные «колонии» в форме прослоек.

Атом азота, занявший место четырехвалентного атома углерода в решетке алмаза, содержит пять валентных электронов. Из них четыре заняты в связях с четырьмя ближайшими соседними атомами углерода, а пятый... Вопреки известному выражению «третий лишний», здесь лишним является... пятый! «Лишние» электроны нарушают строгий порядок, присущий идеальному кристаллу, и оказывают определенное влияние на его физические свойства.

Сколько атомов азота может содержаться в кристаллах алмаза? В большинстве из них концентрация азота большая (до 0,25%), они так и называются «азотные», а алмазы, содержащие сравнительно небольшое количество азота (менее 0,05%), принято называть «безазотные». В среднем из каждых ста алмазов, встречающихся в природе, 98 азотных и только два безазотных.

Азотные и безазотные алмазы отличаются друг от друга спектрами оптического поглощения, фотопроводимостью и некоторыми другими физическими свойствами. Безазотные алмазы имеют большую теплопроводность, чем азотные.

Другие примеси (об этом уже говорилось) могут оказывать влияние на электропроводность алмаза.

В природных условиях примеси в кристаллы алмаза попадают самопроизвольно, случайно. Вероятность того, что в решетку алмаза могут внедриться именно такие примеси и в таких количествах, которые нужны для повышения его электропроводности, очень мала. Полупроводниковые алмазы встречаются в природе чрезвычайно редко, и найти такой алмаз невероятно трудно.

Советские ученые получили алмазы с полупроводниковыми свойствами путем бомбардировки природных алмазов ионами лития и бора. Добавляя небольшие количества бора, алюминия и бериллия к соответствующей смеси углерода и растворителя, а также с помощью других легирующих элементов удалось получить искусственные полупроводниковые алмазы. Сейчас наша промышленность   может   изготовлять   полупроводниковых  алмазов  столько,  сколько потребуется.

Почему полупроводниковые алмазы вызвали большой интерес у работников электронной промышленности?

Один из основных недостатков классических полупроводниковых приборов заключается в том, что их свойства зависят от температуры. Так, германиевые триоды и диоды оказываются практически непригодными для использования в электронных схемах при температуре выше 60° С. Кремниевые полупроводниковые приборы лишь в отдельных случаях могут работать при температуре 200° С. Полупроводниковые приборы на основе алмаза могут работать при значительно более высоких температурах.

В современной технике для измерения температуры часто применяются так называемые терморезисторы—полупроводниковые сопротивления, чувствительные к изменению температуры. Повышение температуры на каждый градус изменяет сопротивление полупроводника на 3—6%, тогда как металла — только на 0,4%.

Если обычные терморезисторы могут быть использованы только до температуры 200° С, то алмазные терморезисторы рассчитаны на температуру до 700° С.

В нашей стране разработан термоиндикатор на основе алмазного порошка — оригинальный прибор для измерения температуры в труднодоступных местах.

Принцип действия термоиндикатора основан на том, что между плотностью алмаза, облученного нейтронами, и температурой, а также временем отжига существует определенная зависимость. Контролируемая температура определяется по специальной номограмме, полученной опытным путем на основании данных по расширению решетки за период измерения и времени отжига.

Термоиндикатор из облученного алмаза рассчитан на диапазон температур от 10 до 1000° С и позволяет вести измерения при выдержке от нескольких минут до сотен часов. Диаметр индикатора 1 миллиметр, длина 5 миллиметров. Если алмазный порошок засыпается непосредственно в отверстие контролируемой детали, то занимаемый им объем составляет только 0,2 кубического миллиметра.

Более сложная задача — создание полупроводниковых триодов-транзисторов на основе алмаза. Но и эта Проблема успешно решается учеными.

Умеет ли алмаз считать? Оказывается, это далеко не праздный вопрос.

Разумеется, никто не собирается заставить алмаз решать элементарные арифметические задачи. А вот «сосчитать» ядерное излучение — это работа, вполне достойная царя камней.

Изучая влияние на алмаз радиоактивного излучения, физики установили, что под воздействием заряженных частиц происходит ионизация атомов кристалла алмаза. Если облученный кристалл находится в электрическом поле, то носители разноименных зарядов, образующихся в результате ионизации, перемещаются в противоположные стороны и возникают импульсы электрического тока (импульсы проводимости). Количество этих импульсов служит мерой ядерного излучения.



 
« Пред.   След. »