Займемося тим, що приготуємо напівпровідник. Один раз вам це вдалося - коли ви перетворили алюмінієву ложку в випрямляч струму. Тепер досвід не менш цікавий, і з теоретичними поясненнями. Ставити його краще в хімічному гуртку або в шкільній лабораторії, І не тому, що досвід небезпечний: просто вдома у вас швидше за все немає необхідних речовин.
Спочатку - попередній досвід. Приготуйте розчин нітрату або ацетату свинцю і пропустіть через млості o сірководень (працюйте під тягою!). Випав осад сульфіду свинцю PbS висушіть і перевірте, як він проводить електрику. Виявляється, це самий звичайний ізолятор. Так причому тут напівпровідники?
Не будемо поспішати з висновками, а поставимо наступний, основний досвід. Для нього доведеться приготувати рівні кількості, скажімо, по 15 мл 3%-ного розчину тіокарбаміда NH2C(S)NH2 і 6%-ного розчину ацетату свинцю. Вилийте обидва розчину в невеликий стакан. З допомогою пінцета внесіть в розчин скляну пластинку і тримайте її вертикально (або закріпіть в такому положенні). Надягши гумові рукавички, налийте в склянку майже доверху концентрований розчин лугу (обережно!) і дуже акуратно розмішайте скляною паличкою, намагаючись не зачіпати нею платівку. Злегка підігрійте розчин - так, щоб з'явився пар; помішування продовжуйте. Хвилин через десять скляну пластинку акуратно вийміть, вимийте під струменем води і висушіть.
І в цьому випадку ви отримали сульфід свинцю - так у чому ж різниця?
У другому досвіді реакція йде повільно, і осад випадає не відразу. Якщо ви спостерігали за розчином, то помітили, що спочатку він помутнів і став майже як молоко, і лише потім потемнів,- це проміжні сполуки, розкладаючись, утворили чорний сульфід свинцю. І він осідає на склі у вигляді тонкої чорної плівки, яка складається з дуже малих, помітних лише під мікроскопом кристалів. Тому плівка здається дуже гладкою, майже дзеркальною.
Приєднайте до плівці два електричних контакту і пропустіть струм. Якщо сульфід свинцю з попереднього досвіду вів себе як діелектрик, то тепер він проводить струм! Включіть в ланцюг амперметр, виміряйте струм і підрахуйте опір: воно виявиться вище, ніж у металів, але не настільки великим, щоб служити перешкодою для проходження струму.
Піднесіть до платівці запалену лампу зовсім близько і знову увімкніть струм. Ви відразу побачите, що опір сульфіду свинцю різко впало. Приблизно так само буде вести себе чорна плівка, якщо її просто нагріти. Але якщо при освітленні і нагріванні провідність збільшується, значить, ми маємо справу з напівпровідником!
Чому ж у сульфіду свинцю таку властивість? Ми записали його формулу як PbS , проте справжній склад кристалів цієї речовини не цілком їй відповідає. Деякі сполуки, серед яких і сульфід свинцю, не підкоряються закону сталості складу. І всі вони - напівпровідники. (Це ж, між іншим, належить і до оксиду алюмінію, выпрямлявшему змінний струм.)
У кристалі PbS порядок розташування частинок повинен, здавалося б, суворо повторюватися. Але нерідко завдяки тому, що концентрації розчинів, з яких отримані кристали, коливаються, порядок порушується. Позначається вплив температури, інших зовнішніх причин. Як би те ні було, у реальному кристалі співвідношення атомів сірки і свинцю не точно 1:1. Відхилення від цього відносини дуже невеликі, всього близько 0,0005. Але і цього досить, щоб властивості істотно змінилися.
Атоми свинцю і сірки пов'язані в кристалі двома електронами: свинець віддає їх сірці. Ну а коли співвідношення 1:1 порушується? Якщо поруч з атомом свинцю немає атома сірки, електрони виявляться вільними - вони-то і будуть служити носіями струму. А таких випадків зовсім не так мало, як може здатися. Звичайно, ставлення 1,0005:1 майже дорівнює одиниці, але якщо згадати, як багато атомів в кристалі, то ця незначна різниця вже не здасться вам такий пустячной.
Склад сульфіду свинцю можна регулювати. Потрібно це для того, щоб змінювати його провідність. Коли атомів сірки в кристалі стає більше, то провідність падає, а коли їх менше, то утворюється більше вільних електронів, і провідність зростає. Словом, змінюючи співвідношення атомів сірки і свинцю, можна отримати необхідну провідність. Досвід цей поставити непросто; якщо ви не ризикнете проводити експеримент, повірте на слово, що він виходить.
Візьміть кварцову трубку і помістіть в неї човник з сульфідом свинцю. З іншого боку введіть в трубку таку ж човник зі свинцем і дуже сильно нагрійте трубку, щоб свинець почав випаровуватися. Сульфід в цьому випадку буде поглинати пари, він збагатиться свинцем, н його електропровідність значно підвищиться.
Залишилося лише відповісти на питання, чому сульфід свинцю так чутливий до освітлення. Світлові кванти повідомляють енергію електронам, причому в кожному конкретному випадку найбільш ефективні промені з певною довжиною хвилі. Для сульфіду свинцю - це інфрачервоне теплове випромінювання. Тому-то ми і радили вам піднести лампу ближче до плівці.
Між іншим, у приймальниках інфрачервоного випромінювання і використовують зазвичай прекрасний напівпровідник - сульфід свинцю.
О. Ольгин. "Досліди без вибухів"
М., "Хімія", 1986
