什么是固体电子学呢?大家知道研究电子在真空里或气体里的运动规律并加以运用的是“真空电子学”。研究电子在固体物质中的运动规律制成各种固态元件,以代替各种类型的电子器件,而用于无线电技术各个部门的一个学科,就是“固体电子学”。
固体电子学是以年轻的固体物理学为基础的一个学科,它是无线电电子学比较年轻的一个分支。固体电子学的发展非常迅速,它是今天世界各国科学界努力攀登的尖端科学之一。近年来宇宙空间探索发展很快,也是和固体电子学的发展分不开的,如宇宙飞船人造卫星等均装有各种不同的固态器件。
近年来利用半导体材料的各种特殊导电性能,制成了各种类型的半导体器件。在一块半导体材料上用气氛扩散法引进不同导电类型的杂质,便能制成扩散型的晶体管,这是目前种类最多用途最广的一种。用合金法制成的合金面接合型的晶体管,虽然频率不够高,但它可以通过较大的电流,因此适合低频大功率的要求。利用半导体物质的隧道效应,制成隧道二极管,可用以组成自激振荡器,负阻放大器和高速开关线路等。利用表面场效应制成的场效应晶体管,利用p-n结中少数截流子的雪崩倍增机构和齐纳倍增机构制成的雪崩二极管和齐纳二极管,用外延生长法制成的外延晶体管,利用p-n结上势垒的变化制成的变容二极管等,都是近年来半导体技术的最新成就。最近,已经利用半导体中空穴的负有效质量,制成了负质量放大器,更是引人入胜。
利用铁氧体等新型磁性材料,可以制成电磁芯、磁放大器、磁振荡器、微波衰减器、变压器、倍增器等,已为大家久闻不鲜。
近几年来,量子器件的发展,更是引人注意。这是利用顺磁盐类,例如红宝石或钴氰化钾等,在磁场中能级分裂和束缚电子的跃迁原理制成的。仪器工作于强磁场和极温条件下,虽然设备目前还较复杂,但由于它是利用原子内部束缚电子的跃迁而产生辐射和放大作用的,因此噪声非常低,频率的稳定度非常高。这是用任何电子器件的放大器所不及的。因此,量子放大器特别适用于超远程雷达。宇宙通信、射电望远镜等要求有高灵敏度的设备中。
利用半导体在磁场中的效应,也能制成很多器件。如利用“霍尔效应”就可以制成霍尔效应罗盘、钳形电流计、放大器、倍增器、调制器、频谱分析器、电动机转矩的测量和控制仪器等。利用磁阻效应已制成了磁敏电阻、无接点可变电阻、电位器、继电器、磁敏控制开关、送话器、拾音器、放大器和位移计等器件。
以介质物理为基础的电介质器件也很多,如用钛酸钡、钛酸锶等制成的介质放大器等。超小型的电介质电容器,配合了半导体设备的超小型化。利用金属的低温超导现象,可制成用在计算机或开关电路中的冷致管,以及其他超导器件。
固态元件代替电子管或其他元件,用于无线电技术中,具有超高频、超小型、超开关速度、耐高温、耐震、寿命长、成本低和效率高等优点,近年来,工艺上已能在一块固体材料上制成电阻、电容器或晶体管等元件,称为固体组件或固体电路。
大家知道,晶体管已成为电子管的有力竞争者。根据目前固态元件和电路的发展看,可以断言,固体电子学的发展一定会引起无线电技术上的新的飞跃和革命。(张官南)