玻璃半導體

玻璃在人們的頭腦中很長時期以來，都認為是電絕綠體。含Na⁺等鹼金屬離子的玻璃有一點導電性，但它是離子導電，用途有限。

1954年英國人在研究特殊成份的玻璃過程中，發現含有大量V₂O₅的V₂O₅一P₂O₅一BaO系統玻璃是n一型半導體。在1955年發表的文獻中有人報導了主要成分為金屬的硫化物、石西化物和諦化物的新系統玻璃。已經確定，這類玻璃的導電性是純電子導電性質的，導電率介於10^-13~10^-3之間。稱之為玻璃半導體。

此後，對半導體玻璃的研究就興盛起來了。美帝、英帝、日本和蘇修都投入一定的人力和物力從事這方面工作。例如美帝的能量轉換器件公司(ECP)和蘇修在列寧格勒約飛物理技術研究所的玻璃半導體研究室都是專業性的研究機構。在半導體玻璃的應用上，特別是在電子技術方面也取得了一定的成績。 ^[1] 

十多年前，國際上曾經出現過關於玻璃半導體的報導和爭論的熱潮。當時，持肯定態度者有之，持否定態度者有之，雙方各執一詞，要分辨孰是孰非，並非易事。然而不久，這種報導和爭論就悄然無聲了。於是人們普遍認為，由於材料性能的不穩定，研製玻璃半導體是很難有所建樹的。

蘇聯《半導體物理與技術》雜誌發表了該刊編輯部撰寫的文章，介紹了蘇聯著名半導體科學家B.T.科洛米耶茨，及在他領導下蘇聯玻璃半導體的發展。文章指出，玻璃半導體的發展前景仍然是廣闊的。

科洛米耶茨是蘇聯半導體物理和技術的有名專家，是蘇聯科學院約飛技術物理研究所老一輩的研究員、科學博士和教授。

科洛米耶茨1934年畢業於列寧格勒烏里楊諾夫工學院，被分配在蘇聯科學院技術物理研究所當實驗員。在約飛和馬斯拉科維茨教授的指導下，他研究半導體中的光電現象。同年，科洛米耶茨在蘇聯組織生產硒光電元件，後來又生產出當時(1938年)世界上第一批硫化銘太陽電池，這是那時世界上效率最高(達1.1%)的太陽電池。

利洛米耶茨研究了化合物中的內光電效應，特別是硫化物和硒化鍋材料的內光電效穴，進而研究了光敏電阻的生產工藝，並於1948年開始在蘇聯批量生產。科洛米耶茨研究了三元系和多元系化合物半導體材料，從而為蘇聯工業生產需要的多元系半導體材料奠定了基礎。在他的倡導下，蘇聯從1951年開始生產以複雜氧化物半導體為基礎的熱敏電阻。接着又開始生產各種可變電阻、光敏電阻、電阻輻射測熱器、倫琴射線和

射線傳感器等。生產這些產品的企業現在已成為蘇聯獨立的工業部門。

科洛米耶茨斷言，多成份的半導體材料具有廣闊的發展前景。在這一思想指導下，他從五十年代初就開始系統地研究各種成份的複合材料一一半導體合金。其結果，他和他的助手們研製出許多新型的半一導體材料一一玻璃半導體。這一領域的研究和探索，成為科洛米耶茨後半生的主攻方向。

經過深入的研究，科洛米耶茨和助手們發現了玻璃半導體中許多新的和奇特的效應，從而揭示了玻璃半導體中由於遠程序受到破壞從而使電子運動規則被破壞而引起的一些電子現象的特點。

這些廣泛的研究工作，為玻璃半導體的實際應用建立了科學基礎。在此基礎上，科洛米耶茨改進了一系列半導體器件。並研製出一些理論全新的器件。目前，這些玻璃半導體器件在電視、無銀照相、全息照相用的整機以及光電子學和微電子學等領域中已得到廣泛的應用。同時夕這些研究工作也促進了蘇聯無序態物理的進一步發展。

由於在研究玻璃半導體方面的傑出貢獻，利·洛米耶茨獲得過蘇聯紅星勞動勳章，兩次獲得國家獎章。此外，他還獲得過羅馬尼亞科學獎章和捷克斯洛伐克共和國科學院獎章。科洛米耶茨認為，玻璃半導體已成為當代半導體發展的一個極其重要的分支，任何不承認或忽視玻璃半導體重要性的決策，都會導致半導體領域內無可挽回的損失。 ^[2] 

大致可分為三類：

(1)以IV族元素為主要成分的非晶半導體，如非晶硅，鍺等；

(2)以VI族元素為主要成分的半導體，如碲-鍺共熔體，硫砷，硒砷等；

(3)氧化物玻璃半導體，如V₂O₅一P₂O₅，V₂O₅一P₂O₅一BaO等。

玻璃半導體具有多種特性。如某些玻璃半導體的電阻率在光、電、熱等作用下可改變4～5個數量級；某些玻璃半導體的透過率，折射率，反射率等在光，熱作用下變化很大；某些玻璃半導體的化學性質(溶解度、抗蝕性)在光、熱作用下顯著改變。這些特性的變化都是由於材料在光、電、熱作用下，其組成、結構或電子狀態發生了變化。利用上述特性可製作存貯器件、光記錄材料、光電導材料，如電視攝像管的靶面材料、靜電覆印材料和太陽能電池材料等，用途十分廣泛。 ^[1] 

近年來，用坡璃半導體研製成功了小型、高速的開關。半導體玻璃(主要是用硫屬玻璃，也可用氧化物玻璃)作成薄膜或玻珠形狀，在其二側作上電極，構造非常簡單。

玻璃半導體開關分為二類：一類是當外加電壓超過某個極限值時，立郎從高阻狀態轉入導電狀態；當電壓降低、電流減小到某個值以下時，馬上重新回到高阻狀態；另一類是當外加電壓達到極限值以上時立即進入導電狀態，以後郎使電流減小到零，也同樣保持這種狀態，只有再加上適當的電流脈衝後，才能馬上回到高阻狀態。

美國人S，R，Ovshinsky把前一類開關稱為奧氏閡值開關(OTS)，把後一類稱為奧氏記憶開關(OMS)。玻璃牛導體的這一效應稱為奧氏效應。

奧氏本人在1958年6月曾在擔上塗復無定形氧化擔而製成開關元件。此後，在19的年貝爾實驗室報導了牢導體玻璃內開關現象的最初研究結果。蘇修也在50年代開始了半導體硫屬坡璃的研究工作。S，R，Ovshinsky在1966年正式宣佈製成玻璃半導體開關元件。所以這是六十年代的新產品。

玻璃半導體開關器件與晶體管相比，有一系列潛在優點：

（1）雙極性開關。伏安曲線是對稱的，可以用正或負電壓脈衝開啓，可代替二個單極性開關工作；

（2）電容量很小，開關速度極高；

（3）在經過起始延遲後，開關速度據S，R，Ovshiosky報導可達工1，5x10-10sec；

（4）製造簡易。可用雜質較多的原材料而仍保持所需的特性；

（5）耐輻射性極佳，這是無定形材料的特徵，對於必須穿過輻射雲層的導彈上的電子元件特別重要；

（6）體積小，僅受接觸點尺寸的限制；

（7）所需功率極低；

（8）在零偏置時仍保持記憶；

（9）高阻狀態和導電狀態的導電率相差很大，噪聲信號比小，因此後面的放大和輔助迴路要求就少；

（10）成本低廉；

（11）V_h低，而且可任意地使V_t大幅度改變。 ^[1]