水晶検出器

1920年代の鉱石ラジオから取り出した方鉛鉱の猫のひげ探知機

黄鉄鉱結晶を用いた猫のひげ探知器

1930年代の安価な鉱石ラジオに搭載された方鉛鉱検出器

携帯ラジオでよく見られる形状で、水晶発振子はガラス管の中に保護されている。

1906年にカール・フェルディナント・ブラウン^{[ 21 ]}とグリーンリーフ・ホイッティア・ピカード^{[ 5 ]}によって特許が取得されたこのタイプの結晶検出器は、主に方鉛鉱^{[ 22 ] [ 23 ]}とともに、他の結晶とともに使用された最も一般的なタイプでした。これは、金属製のホルダーにエンドウ豆大の結晶鉱物片が置かれ、その表面に細い金属線または針（「猫のひげ」）が接触している構造になっています。^{[ 2 ] [ 4 ] [ 20 ] [ 24 ]} ワイヤーの先端と結晶の表面との接触により、粗雑で不安定な点接触型の金属-半導体接合が形成され、ショットキー障壁ダイオードが形成されます。^{[ 4 ] [ 25 ]} ワイヤーのひげが陽極、結晶が陰極であり、電流はワイヤーから結晶に流れますが、逆方向には流れません。

結晶表面の特定の場所だけが整流接合部として機能する。^{[ 4 ] [ 19 ]} この装置は、ワイヤと結晶の接触の正確な形状と圧力に非常に敏感であり、わずかな振動でも接触が途切れる可能性がある。^{[ 4 ] [ 6 ] [ 13 ]} そのため、使用するたびに試行錯誤して使用可能な接触点を見つける必要がある。^{[ 4 ]} ワイヤは可動アームから吊り下げられ、装置が機能し始めるまでユーザーが結晶面に沿って引きずる。^{[ 19 ]} 鉱石ラジオでは、可能であればラジオを強力なローカル局に合わせ、ラジオのイヤホンで局またはラジオのノイズ（静電気のシューという音）が聞こえるまで猫のひげを調整する。^{[ 26 ]} これにはある程度のスキルと多くの忍耐が必要である。^{[ 6 ]} 調整の別の方法として、電池式の電気機械式ブザーをラジオのアース線に接続するか、同調コイルに誘導結合させてテスト信号を生成する方法がある。 ^{[ 26 ] [ 27 ]} ブザーの接点から発生する火花は弱い無線送信機として機能し、その電波は検出器で受信できるため、水晶発振器上に整流スポットが見つかるとイヤホンからブザー音が聞こえ、その時点でブザーはオフになる。

検出器は、平らな非導電性基板上に隣接して取り付けられた2つの部分から構成されています。1つは接合部の半導体側を形成する結晶性鉱物、もう1つは接合部の金属側を形成する、弾力性のある細い金属線である「猫のひげ」です。

結晶

最も一般的に使用された結晶は、広く産出する鉛鉱石である方鉛鉱（硫化鉛、PbS）でした。種類は「レンツァイト」^{[ 19 ]}および「ヘルツァイト」^{[ 4 ] [ 22 ] [ 23 ]}という名前で販売されていました。 他の結晶性鉱物も使用され、より一般的なものは黄鉄鉱（硫化鉄、FeS2 _、「愚者の金」、また「パイロン」^{[ 28 ]}「フェロン」^{[ 19 ]}および「ラジオサイト」という商標名でも販売）^{[ 2 ] [ 22 ] [ 24 ]} 、輝水鉛鉱（二硫化モリブデン、MoS2 _）、および炭酸鉛（PbCO3 ）^[ ₁₉ ^{] [ 22 ] [ 24 ]でした。} 結晶のすべての標本が検出器で機能するわけではありません。多くの場合、活性なものを見つけるために、複数の結晶片を試す必要がありました。^{[ 19 ]} 優れた検出特性を持つ方鉛鉱は稀であり、それを識別するための信頼できる視覚的特徴はない。

エンドウ豆くらいの大きさの粗い鉱物探知用の小石が、回路の片側を形成する金属製のカップに取り付けられた。カップと結晶間の電気的接触は良好でなければならない。なぜなら、この接触が第2の整流接合として機能しないことが重要であり、そうすると2つの逆向きのダイオードが形成され、デバイスがまったく導通しなくなるからである。^{[ 29 ]} 結晶と良好な接触を得るために、セットスクリューで固定するか、はんだで埋め込む。錫鉛はんだの比較的高い融点が多くの結晶を損傷する可能性があるため、ウッド金属などの融点が200 °F（93 °C）をはるかに下回る低融点の溶融合金が使用される。^{[ 4 ] [ 19 ] [ 22 ]} 片面は猫のひげ線との接触を可能にするために露出したままにしておく。  

無線電信局で使用される業務用炭化ケイ素検出器

カーボランダム検出器がラジオ愛好家向けに販売される（1911年）

1906 年にHenry HC Dunwoodyによって発明された[ ^{32 ] [ 33 ]}これは^{、 2つ}の平らな金属接点の間に挟まれた炭化ケイ素(SiC、当時はカーボランダムという商標名で知られていた^)の破片、または、硬化鋼の先端がバネでしっかりと押し付けられた接点からなる金属カップ内の溶融合金に取り付け^られた破片で構成されています。^[ 4 ^{] 1893年に製造された電気炉の人工製品であるカーボランダムは} 、猫のひげ接点よりも強い圧力を必要とします。^{[ 2 ] [ 4 ] [ 19 ] [ 34 ]カーボ} ランダム検出器は、繊細な猫のひげ装置のように使用するたびに再調整する必要がない頑丈な接点であったため人気がありました^{[ 22 ] [ 34 ]}。^{[ 2 ] [ 19 ] [ 24 ]} 炭化ケイ素検出器の中には、工場で調整されてから密封され、ユーザーによる調整が不要なものもあった。^{[ 2 ]} 振動に敏感ではないため、波で船が揺れる船上無線局や、銃声による振動が予想される軍事基地で使用された。^{[ 4 ] [ 19 ]} もう一つの利点は、大電流に耐性があり、アンテナからの大気電気で「焼損」しないことである。^{[ 2 ]} そのため、商用無線電信局で最も一般的に使用されたタイプであった。^{[ 34 ]}

炭化ケイ素は3 eV の広いバンドギャップを持つ半導体である ため、検出器の感度を上げるために、通常は電池とポテンショメータによって接合部に 1 ボルト程度の順方向バイアス電圧が印加されます。^{[ 19 ] [ 24 ] [ 34 ] [ 33 ]} ポテンショメータで電圧を調整して、イヤホンで音が最大になるようにします。バイアスによって動作点がデバイスの電流-電圧曲線の湾曲した「ニー」に移動し、最大の整流電流が生成されます。^{[ 19 ]}

オリジナルのピカード製シリコン検出器（1906年製）

1919年に海軍無線局で使用されたシリコンアンチモン検出器。シリコン結晶は調整可能なステージに取り付けられており、マイクロメーターノブ（右）によって2次元方向に移動させて感度のある位置を見つけることができる。

ピカードによって1906年に特許を取得し、初めて製造された^{[ 10 ] [ 33 ]}このタイプの結晶検出器は、商業生産されたものとしては最初のものでした^{[ 11 ]} 。 シリコンは、炭化ケイ素ほどではないものの、猫のひげ接点よりも高い圧力を必要としました^{[ 19 ]} 。平らなシリコン 片が金属カップ内の溶融合金に埋め込まれ、通常は真鍮または金の金属点がバネで押し付けられました^{[ 24 ] [ 35 ]} 。 シリコンの表面は通常、平らに研磨されていました。シリコンはアンチモン^{[ 19 ]}やヒ素^{[ 28 ]}接点にも使用されました。シリコン検出器は、炭化ケイ素とほぼ同じ利点があったため人気がありました。しっかりとした接点は振動で緩むことがなく、バイアス電池も必要なかったため、商業用および軍事用の無線電信局で広く使用されました^{[ 19 ] 。}

（左）ピカードの会社、ワイヤレス・スペシャリティ・アパラタス社が製造した、1912年頃の「ペリコン」型亜鉛・黄銅鉱検出器。（右）1919年頃の、密閉型プラグインユニットとして製造された、別の形態の亜鉛・黄銅鉱検出器。

もう1つのカテゴリーは、表面が接触して結晶同士が接触する2つの異なる結晶を使用する検出器でした。^{[ 4 ] [ 24 ]} 1908年にピカードによって発明された「ペリコン」検出器^{[ 36 ]}が最も一般的でした。 ペリコンは「 PERfect p I c K ard c ON tact」の略です。 ^{[ 4 ]} これは、金属ホルダーに取り付けられた2つの結晶が向かい合って配置されていました。1つの結晶はジンサイト（酸化亜鉛、ZnO）で、もう1つは銅鉄硫化物で、ボルナイト（Cu ₅ FeS ₄）または黄銅鉱（CuFeS ₂）のいずれかでした。^{[ 19 ] [ 24 ]} ピカードの市販の検出器（図を参照）では、複数のジンサイト結晶が丸いカップ内の融解合金に取り付けられ（右）、黄銅鉱結晶はそれに向かって調整可能なアームのカップに取り付けられていました（左）。黄銅鉱結晶を亜鉛鉱結晶の表面に触れるまで前方に移動させた。感度のある箇所が見つかったら、アームを止めネジで固定した。壊れやすい亜鉛鉱結晶は過電流で損傷する可能性があり、ワイヤーアンテナからの大気中の電気や、当時使用されていた強力な火花送信機から受信機に漏れる電流によって「焼損」する傾向があったため、複数の亜鉛鉱片が用意された。この検出器は、感度を高めるために、バッテリーから約 0.2V 程度の小さな順方向バイアス電圧を印加して使用されることもあった。^{[ 19 ] [ 34 ]}

亜鉛石と黄銅鉱の「ペリコン」は最も広く使われた結晶対結晶検出器でしたが、他の結晶ペアも使用されました。亜鉛石は炭素、方鉛鉱、テルルとともに使用されました。シリコンはヒ素^{[ 28 ]} 、アンチモン^{[ 19 ]}、テルルの結晶とともに使用されました。

結晶の「片側伝導」は、ドイツの物理学者カール・フェルディナント・ブラウンによって1874年にヴュルツブルク大学で発見されました。_[ 7 ] [ 43 ^{]彼は黄銅( Cu5FeS4} )、黄鉄鉱(硫化鉄、FeS2)、方鉛鉱(PbS)、硫化銅アンチモン(Cu3SbS4)を研究しました。 [ ₄₄ ]これは_電波が_発見される^前のこと であり、ブラウンはこれらの装置を実用化しませんでしたが、これらの硫化物が示す非線形電流-電圧特性に興味を持っていました。ブラウンが結晶に接触させた方法は、彼の結果にとって重要だったかもしれません。彼はサンプルを円状のワイヤーの上に置き、細い銀線の端でそれを接触させました。これは「猫のひげ」接触です。^{[ 42 ]： 8} 接点間の電圧の関数として電流をグラフ化すると、直線ではなく、一方向の電流では平坦な線、逆方向の電流では上向きに湾曲した線が得られることがわかり、これらの物質がオームの法則に従わないことが示された。この特性のため、一部の結晶は、一方向の電流に対する抵抗が逆方向の電流に対する抵抗の最大2倍になった。1877年と1878年に、彼はプシロメラン（Ba,H）に関するさらなる実験を報告した。₂ O)₂百万₅ O_10．ブラウンは、電解作用やいくつかの種類の熱電効果など、非対称伝導のいくつかの可能性のある原因を除外する調査を行った^{。 [ 44 ]}

これらの発見から30年後の1899年、ブラウンは結晶接点を電波検出器として用いる実験を開始した。しかし、当時は結晶検出器がコヒーラー受信機で使用される標準出力装置である紙テープサイフォン式録音装置と互換性がなかったため、実用化には至らなかった。 ^{[ 42 ]： 11}

ボーズが1901年に取得した特許に基づく方鉛鉱検出器。このバージョンは、ミリ波を方鉛鉱の接触面に集束させるレンズを備え、人間の眼球のような外観と機能を意図的に再現して作られた。

ボーズのミリ波分光計、1897年。火花送信機は箱（R）の中にあります。方鉛鉱検出器はホーンアンテナ（F）の中にあり、つまみネジ（t）で金属点が結晶に当たる圧力を調整します。電池（V）によって検出器に電流が流れ、検流計（G）で測定されます。

ジャガディッシュ・チャンドラ・ボースは、 1894年から1900年にかけてカルカッタ大学 で行った60GHzマイクロ波光学実験で、電波検出に初めて結晶を使用しました。 ^{[ 45 ] [ 46 ] : 295-296,301-305}ヘルツ以来の他の科学者と同様に、ボースは古典的な光学実験を電波で 再現することで、電波と光の類似性を調査していました。 ^{[ 46 ] : 477-483}受信機として、ボースは最初に電流が流れる金属表面に押し付けられた鋼鉄製のバネからなるコヒーラーを使用しました。この検出器に満足できなかったボースは、1897年頃にマイクロ波にさらされた数十種類の金属と金属化合物の抵抗率の変化を測定しました。^{[ 46 ] : 295-296,301-305 [ 47 ]}ボースは、方鉛鉱 を中心に、接触検出器として多くの物質を実験しました。

彼の検出器は、小さな方鉛鉱結晶につまみネジで押し付けられた金属点接触部を、マイクロ波を収集するためのホーンアンテナで終わる閉じた導波管内に取り付けたものであった。 ^{[ 46 ]： 295-296、301-305} ボースは電池から電流を結晶に流し、検流計でそれを測定した。マイクロ波が結晶に当たると、検流計は検出器の抵抗の低下を記録した。トーマス・リーは、この検出器は後の結晶検出器のように整流器として機能したのではなく、ボロメータと呼ばれる熱検出器として機能したと指摘している。^{[ 8 ]}当時、科学者たちは電波検出器は目が光を検出する方法に類似した何らかのメカニズムで機能すると考えており、ボースは自分の検出器が可視光と紫外線にも感度があることを発見し、それを人工網膜 と呼んだ。彼は1901年9月30日にこの検出器の特許を取得した。 ^{[ 7 ] [ 9 ]} これはしばしば半導体デバイスの最初の特許と考えられている。

アメリカ無線電話電信会社のエンジニア、グリーンリーフ・ホイッティア・ピカードは整流接触検波器を発明し、¹⁹⁰²年に2つ^の炭素ブロックにまたがる鋼針からなるコヒーラー検波器の実験中に電波の整流を発見した^{。[ 48 ] [ 49 ] 1902年5月29日、彼はこの装置を操作して無線電信局の電波を聞いていた。コヒーラーは動作に外部電流源が} 必要だったため、彼はコヒーラーと電話のイヤホンを3セル電池と直列に接続してイヤホンに電力を供給した。炭素を流れる電流によって発生するバックグラウンドの「フライング」ノイズに悩まされた彼は、手を伸ばして回路から2つの電池セルを切り離し、電流を減らした。^{[ 11 ] [ 12 ]}

揚げ物は止まり、信号はかなり弱くなったものの、マイクロフォニックノイズの背景から解放されたことで、はるかに明瞭になった。回路図をちらりと見ると、驚いたことに、電池を2つ切り取る代わりに3つすべて切り取ってしまっていた。そのため、電話の振動板は受信信号のエネルギーだけで動作していた。局所的な電池なしで動作する接触検波器は、これまでの私の経験とは全く異なるように思えたので、私はすぐにこの現象を徹底的に調査することにした。^{[ 11 ] [ 12 ]}

直流バイアス電池なしで音声信号が生成されたことで、ピカードは装置が整流器として機能していることに気づいた。ピカードは実験を開始し、酸化鋼表面の方がうまくいくことを発見したので、磁鉄鉱（Fe ₃ O ₄）を試した。1902年10月16日、彼は銅線で触れた磁鉄鉱を使用してラジオ局を受信し、これが水晶検波器による最初の受信となった。^{[ 11 ]}

その後の 7 年間、ピカードは最も感度の高い検出接点を形成する物質を見つけるために徹底的な調査を行い、最終的に何千もの鉱物をテストし^{、約 250 個の整流結晶を発見しました。[ 4} ] ^{[ 11 ] [ 12 ] 1906年、彼}は電気炉で最近合成された人工製品である溶融シリコン のサンプルを入手し、それが他のすべての物質よりも優れた性能を示しました。^{[ 11 ] [ 12 ]} 彼は 1906 年 8 月 30 日にシリコン検出器の特許を取得しました。^{[ 7 ] [ 10 ]} 1907 年に、彼は検出器を製造する会社、ワイヤレス スペシャリティ プロダクツ社を設立し、シリコン検出器は商業的に販売された最初の結晶検出器となりました。^{[ 11 ]} ピカードはその後、発見した結晶を使用して他の検出器を製造しました。より人気があったのは、 1908年に開発された黄鉄鉱検出器「パイロン」と、亜鉛鉱と黄銅鉱の結晶間接触検出器「ペリコン」である^{[ 36 ]} 。ペリコンは「 PER fect p I c K ard c ON tact」の略である^{[ 4 ] 。}

1906年頃、ラジオ研究者たちは鉱物結晶がコヒーラーよりも優れた検出器になり得ることを認識し、鉱石ラジオが製造され始め、多くの新しい鉱石検出器が発明された。^{[ 42 ]： 20-21、23} この関心の理由の一つは、コヒーラー受信機が、鉱石検出器と互換性のない紙テープ録音機（サイフォン録音機）を出力装置として使用することから、鉱石の出力電流を使用できるイヤホンに切り替えたことである。

1906年3月23日、米国陸軍通信隊の退役将軍ヘンリー・ハリソン・チェイス・ダンウッディ[42]：19は、電気炉の最新製品である炭化ケイ素（カーボランダム）検出器[32][50][33]：23-25を用いて特許を取得した。半導体^{である炭化ケイ素は}広いバンドギャップを^{持ち、ピカードは[ 42 ]：25、電池}とポテンショメータから^{得られる約1ボルト}の直流電圧である順方向バイアスを印加することで検出器の感度を高めることができることを発見した^{[ 27 ]： 135、137-139}

ブラウンは1899年にラジオ検出器として結晶の実験を開始し、1906年にドイツで方鉛鉱の猫ひげ検出器の特許を取得しました。^{[ 21 ]} 1906年にLWオースティンはシリコン-テルル検出器を発明し^{、[51][42] 13} 1907年^{にピカードは輝水鉛鉱検出}器を発明し、 [ ^{52 ] 1911}年にトンプソンH.ライオンはセルサイト検出器を発明しました。^{[ 53 ] [ 54 ]} ドイツでは「ブロンクセル」と呼ばれるテルル-炭素検出器が普及しました。^{[ 54 ] : 89} 1908年、東京帝国大学の鳥方一は200種類の鉱物を調査し、錫石（酸化スズ）、軟マンガン石（二酸化マンガン）、亜鉛石、方鉛鉱、黄鉄鉱が感度が高いことを発見し、その後、鉱物学院で全ての鉱物サンプルを検査し、34種類の精鉱を発見した。^{[ 55 ] [ 54 ] : 87-88} 彼は1908年に鉱物探知機の特許を取得した。^{[ 56 ]}リー・デ・フォレスト、ジョージ・ワシントン・ピアース、ウィリアム・ヘンリー・エクルズも鉱物探知機を研究した。

検出器の歴史の初期に発明された細いワイヤーの猫のひげ状の接点は、1911年にピカードによって特許取得された^{[ 57 ] [ 42 ]： 26}

グリエルモ・マルコーニは1896年に最初の実用的な無線電信送信機と受信機を開発し、1899年頃からラジオが通信に使われるようになった。最初の10年間、1906年頃まではコヒーラーが検出器として使われていた。^{[ 17 ]} 1920年以前の無線電信時代 には、放送はほとんどなく、ラジオはポイントツーポイントのテキストメッセージングサービスとして機能していた。第一次世界大戦の頃に三極真空管が使われ始めるまでは、ラジオ受信機には増幅器がなく、アンテナで受信した電波のみで駆動していた。^{[ 11 ]} 長距離無線通信は、高出力送信機（最大1メガワット）、巨大なワイヤーアンテナ、高感度検出器を備えた受信機に依存していた。^{[ 11 ]}

1907年頃、水晶検波器がコヒーラー検波器や電解検波器に取って代わり、最も広く使われるラジオ検波器となった。^{[ 17 ] [ 58 ]} 第一次世界大戦中に三極真空管が使われるようになるまで、水晶は最高のラジオ受信技術であり、無線電信局の高度な受信機や自家製の水晶ラジオに使われていた。^{[ 59 ]} 大西洋横断無線電信局では、1マイルもの長さのワイヤーアンテナで給電される精巧な誘導結合水晶受信機が、大西洋横断電報の受信に使われていた。^{[ 60 ]}

より優れた検出器を見つけるために多くの研究が行われ、多くの種類の結晶が試されました。^{[ 29 ]} 研究者の目標は、方鉛鉱や黄鉄鉱よりも壊れにくく振動に敏感でない整流結晶を見つけることでした。もう 1 つの望ましい特性は、高電流に対する耐性でした。多くの結晶は、屋外のワイヤー アンテナからの大気放電や、強力な火花送信機からの電流が受信機に漏れると感度が失われます。炭化ケイ素はこれらの中で最も優れていることが証明されました。^{[ 34 ]}平らな接点の間にしっかりと挟むと整流することができました。そのため、炭化ケイ素検出器は、電波によって床が揺れる船上無線局や、銃声が予想される軍事基地で使用されました。^{[ 4 ] [ 19 ]}

1907年から1909年にかけて、ハーバード大学のジョージ・ワシントン・ピアースは、結晶検出器の動作原理に関する研究を行った。^{[ 11 ] [ 44 ]}ブラウンの新しい陰極線管で作られたオシロスコープ を用いて、彼は動作中の検出器の波形の最初の画像を作成し、それが電波を整流することを証明した。現代の固体物理学以前のこの時代、ほとんどの科学者は、結晶検出器は何らかの熱電効果によって動作すると考えていた。^{[ 33 ]}ピアースは動作原理を発見したわけではないが、既存の理論が間違っていることを証明した。彼のオシロスコープ波形は、検出器内の電圧と電流の間に位相遅延がないことを示しており、熱的メカニズムを排除した。ピアースは結晶整流器という名称を考案した。

1905年から1915年頃にかけて、連続正弦波を生成する新しいタイプの無線送信機が開発されました。アークコンバーター（ポールセンアーク）とアレクサンダーソンオルタネータです。これらは徐々に古い減衰波スパーク送信機に取って代わりました。これらの送信機は送信範囲が長いだけでなく、音声信号で変調して振幅変調（AM）で音声を送信することができました。コヒーラーとは異なり、水晶検波器の整流作用によりAMラジオ信号を復調して音声（音）を生成できることが分かりました。 ^{[ 16 ]} 当時使用されていた他の検波器、電解検波器、フレミング管、三極管もAM信号を整流できましたが、水晶は最もシンプルで安価なAM検波器でした。^{[ 16 ]} 第一次世界大戦後、ますます多くのラジオ局が音声送信の実験を始めると、ラジオリスナーのコミュニティが拡大し、それを聴くために水晶ラジオを自作または購入しました。^{[ 16 ] [ 61 ]} 真空管ラジオに取って代わられる1920年代まで、使用は増加し続けました。^{[ 16 ] [ 61 ]}

半導体ダイオードの中には、負性抵抗と呼ばれる特性を持つものがあり、これは、I-V 曲線の一部で電圧が増加すると、流れる電流が減少することを意味します。これにより、通常は受動素子であるダイオードが、増幅器または発振器として機能します。たとえば、共振回路に接続して直流電圧でバイアスすると、ダイオードの負性抵抗が回路の正抵抗を打ち消し、交流抵抗がゼロの回路が形成され、自発的な発振電流が発生します。この特性は、1909 年頃にウィリアム・ヘンリー・エクルズ^{[ 62 ] [ 63 ]とピカード[ 12 ] [ 64 ]}によって結晶検出器で初めて観察されました 。 彼らは、検出器の感度を向上させるために直流電圧でバイアスすると、時折自発的な発振を起こすことに気づきました^{[ 64 ]} 。しかし、これらの研究者は簡単な報告を発表しただけで、その効果を追求しませんでした。

負性抵抗を実用的に利用した最初の人物は、独学で物理学を学んだロシアの物理学者オレグ・ロセフで、彼は生涯を結晶検出器の研究に捧げた。1922年、新設されたニジニ・ノヴゴロド無線研究所で働いていた彼は、バイアスをかけた酸化亜鉛点接触接合で負性抵抗を発見した。 ^{[ 64 ] [ 65 ] [ 66 ] [ 67 ] [ 68 ]} 彼は、増幅結晶が壊れやすく、高価で、エネルギーを浪費する真空管の代替となり得ることに気づいた。彼は、トランジスタの発明の25年前に、バイアスをかけた負性抵抗結晶接合を使用して、固体増幅器、発振器、増幅再生ラジオ受信機を構築した。 ^{[ 62 ] [ 66 ] [ 68 ] [ 69 ]} 後に彼はスーパーヘテロダイン受信機も構築した。^{[ 68 ]}しかし、真空管の成功により、彼の業績は見過ごされてしまった。彼の技術は、科学出版社のヒューゴ・ガーンズバック^{[ 69 ]}によって「クリストダイン」と名付けられ、西側諸国でこの技術に注目した数少ない人物の一人となった。10年後、彼はこの技術の研究を放棄し、それは忘れ去られた^{[ 68 ] 。}

負性抵抗ダイオードは、1957年のトンネルダイオードの発明によって再発見され、レオ・エサキはこの功績により1973年のノーベル物理学賞を受賞しました。今日では、ガンダイオードやIMPATTダイオードなどの負性抵抗ダイオードは、レーダー式速度測定器やガレージドアオープナーなどの機器のマイクロ波発振器として広く使用されています。

1907年、イギリスのマルコーニ社のエンジニア、ヘンリー・ジョセフ・ラウンドは、炭化ケイ素（カーボランダム）の点接触接合部に直流電流を流すと、接触点から緑がかった、青がかった、または黄色がかった光が発せられることに気づいた。^{[ 70 ]}ラウンドは発光ダイオード（LED） を製作した。しかし、彼はそれについて2段落の短いメモを発表しただけで、それ以上の研究は行わなかった。^{[ 71 ]}

1920年代半ばにニジニ・ノヴゴロドで結晶検出器を研究していたオレグ・ロセフは、バイアスをかけた炭化ケイ素と亜鉛酸塩の接合部が発光することを独自に発見した。^{[ 70 ]} ロセフは、この装置を分析し、光源を調査し、その動作原理の理論を提案し、実用化を構想した最初の人物である。^{[ 70 ]} 彼は1927年にロシアの雑誌に実験結果を発表し、^{[ 72 ]} 1924年から1930年の間にLEDについて発表した16本の論文は、この装置の包括的な研究を構成している。ロセフは発光のメカニズムについて広範な研究を行った。^{[ 68 ] [ 70 ] [ 73 ]} 彼は結晶表面からのベンゼンの蒸発速度を測定し、光が放出されても加速されないことを発見し、発光は熱効果によって引き起こされるものではない「冷たい」光であると結論付けた。^{[ 68 ] [ 73 ]} 彼は、光の放出の説明は量子力学という新しい科学にあると正しく理論づけ、^{[ 68 ]}それは1905年にアルバート・アインシュタインが発見した光電効果の逆であると推測した。^{[ 70 ] [ 74 ]} 彼はアインシュタインにそのことについて手紙を書いたが、返事はなかった。^{[ 70 ] [ 74 ]} ロセフは実用的な炭化ケイ素エレクトロルミネッセンスライトを設計したが、これらの弱い光源を商業的に生産することに興味を持つ人は誰もいなかった。

ロセフは第二次世界大戦で亡くなった。彼の論文がロシア語とドイツ語で出版されたこと、そして彼の名声が低かったこと（上流階級の出身であったため、ソ連社会では大学教育や昇進の機会がなく、技術者以上の公職に就くことはなかった）もあって、彼の業績は西側ではあまり知られていない。^{[ 70 ]}

1920年以降、鉱石ラジオは若者や貧困層にとって安価な代替ラジオとなった。

1925年以降の真空管ラジオで使用されていたバイアス電池付きカートリッジ式炭化ケイ素検出器（上図）

1920年代には、1907年にリー・デ・フォレストによって発明された増幅三極真空管が、ラジオ送信機と受信機の両方で以前の技術に取って代わりました。^{[ 75 ]} AMラジオ放送は1920年頃に自然発生的に始まり、ラジオを聴くことは爆発的に人気を博す娯楽となりました。新しい放送局の最初のリスナーは、主に鉱石ラジオの所有者でした。多くの消費者は新しい真空管ラジオを買う余裕がなかったからです。^{[ 16 ] [ 42 ] : 32 [ 50 ]} しかし、増幅機能がないため、鉱石ラジオはイヤホンで聴く必要があり、近くのローカル局しか受信できませんでした。1921年に大量生産が始まった増幅真空管ラジオは、受信範囲が広く、猫のひげのような面倒な調整は必要なく、スピーカーを駆動するのに十分なオーディオ出力パワーを生成し、家族全員が一緒に快適に聴いたり、ジャズエイジの音楽に合わせて踊ったりすることができました。^{[ 16 ]}

そのため、1920年代には、貧しい家庭を除いて、真空管受信機が鉱石ラジオに取って代わりました。^{[ 7 ] [ 16 ] [ 76 ]} 商用および軍事無線電信局はすでに、より感度の高い真空管受信機に切り替えていました。真空管は、鉱石検出器の開発に終止符を打ちました。鉱石検出器の気まぐれで信頼性の低い動作は、常に商用無線機器の標準部品として受け入れられるのを妨げる障壁であり^{[ 1 ]}、急速に置き換えられた理由の1つでした。初期の半導体研究者であるフレデリック・ザイツは次のように書いています。^{[ 13 ]}

こうした、まるで神秘的なものに思えるようなばらつきは、水晶検出器の初期の歴史を悩ませ、後の世代の真空管専門家の多くが、水晶整流の技術をほとんど信用できないものとみなす原因となった。

鉱石ラジオは、真空管ラジオを買う余裕のない人々や緊急時に使われる安価な代替受信機となった。^{[ 7 ]}十代の若者、貧困層、発展途上国の人々などである。^{[ 61 ]}鉱石ラジオの製作は、ボーイスカウト などの団体がラジオを紹介する人気の教育プロジェクトとして残った。^{[ 16 ]} アマチュア無線家の間で最も広く使われていた方鉛鉱検出器^{[ 4 ]}は、この時点から鉱石ラジオで使用される唯一の検出器となった。^{[ 22 ] [ 23 ]}炭化ケイ素接合は、三極管グリッドリーク検出器 よりも感度が高かったため、初期の真空管ラジオの検出器として使われた。鉱石ラジオは、船の緊急用バックアップラジオとして保管されていた。第二次世界大戦中、ナチス占領下のヨーロッパでは、抵抗グループが簡単に製作でき、簡単に隠せる秘密ラジオとして使用した。^{[ 61 ]} 第二次世界大戦後、現代の半導体ダイオードの開発により、方鉛鉱キャットウィスカー検出器はついに時代遅れとなった。^{[ 61 ]}

結晶検出器のような半導体デバイスは量子力学の原理で動作し、その動作は古典物理学では説明できません。1920年代の量子力学の誕生は、1930年代の半導体物理学の発展に不可欠な基礎となり、その過程で物理学者たちは結晶検出器の動作原理を理解するに至りました。 ^{[ 77 ]} ドイツ語のhalbleiterは英語では「semiconductor 」と訳され、1911年に初めて、結晶検出器の結晶のように、導電率が導体と絶縁体の中間にある物質を説明するために使用されました。 ^{[ 78 ]} 1930年頃、フェリックス・ブロッホとルドルフ・パイエルスは量子力学を応用して、電子が結晶中をどのように移動するかの理論を構築しました。^{[ 78 ]} 1931年、アラン・ウィルソンは固体の電気伝導率を説明する量子バンド理論を構築しました。 ^{[ 77 ] [ 78 ]}ヴェルナー・ハイゼンベルクは、電子が存在するはずの結晶格子内の空孔である「ホール」の概念を考案しました。ホールは正の粒子のように格子内を移動できます。半導体では、電子とホールの両方が電流を伝導します。

結晶半導体の整流作用は結晶のみによるものではなく、結晶格子中の不純物原子の存在によるものであることが認識されたとき、画期的な進歩がもたらされた。^{[ 79 ]} 1930年、ベルンハルト・グッデンとウィルソンは、半導体の電気伝導は結晶中の微量不純物によるものであることを明らかにした。「純粋な」半導体は半導体としてではなく、（低温では）絶縁体として作用した。 ^{[ 77 ]} 検出器に使用された異なる結晶片の非常にばらつきのある活性と、表面の「活性部位」の存在は、結晶全体におけるこれらの不純物の濃度の自然な変動によるものであった。トランジスタの共同発明者であるノーベル賞受賞者のウォルター・ブラッテン氏は次のように述べている。 ^{[ 79 ]}

当時は、シリコンの塊を手に入れて、そこに猫のひげを当てると、一方向には非常に活発に整流し、優れた整流特性を示しました。それを少しだけ、例えばほんのわずか、1000分の1インチほど動かすと、別の活発な箇所が見つかるかもしれませんが、今度は逆方向に整流してしまうのです。

科学者が合成実験用検出器結晶を作るために使用した「冶金学的純度」の化学物質には約 1% の不純物が含まれており、これが結果のばらつきの原因となっていた。^{[ 79 ]} 1930 年代には、改良された精製方法が徐々に開発され、^{[ 7 ]}科学者は超高純度半導体結晶を作成し、そこに微量元素を精密に制御した量で導入することができた (ドーピングと呼ばれる)。^{[ 79 ]} これにより、信頼性が高く再現性のある特性を持つ半導体接合が初めて作成され、科学者は理論を検証できるようになり、後に現代のダイオードの製造が可能になった。

金属-半導体接合における整流の理論（猫のひげ検出器で使用されるタイプ）は、1938年にドイツのシーメンス・ハルスケ研究所 のウォルター・ショットキー^{[ 80 ]}と英国のブリストル大学 のネビル・モット^{[ 81 ]によって独立に開発された。 [ 77 ] [ 78 ] [ 79 ]}モットは1977年にノーベル物理学賞 を受賞した。1949年、ベル研究所のウィリアム・ショックレーは、ブラウンとボーズ以来科学者によって観測された結晶検出器の非線形指数関数電流-電圧曲線を与えるショックレーダイオード方程式を導出し、これが整流の原因となっている。^{[ 77 ]}

1930年代、第二次世界大戦に向けて軍事レーダーで使用するためにマイクロ波技術が開発された結果、点接触結晶検出器が復​​活した。^{[ 7 ] [ 49 ] [ 79 ]} マイクロ波レーダー受信機には、入力マイクロ波信号を局部発振器信号と混合し、マイクロ波信号を増幅可能な低い中間周波数（IF）にシフトするミキサーとして機能する非線形デバイスが必要だった。 ^{[ 79 ]}スーパーヘテロダイン受信機 で低周波数のミキサーとして使用される真空管は、容量が大きすぎるためマイクロ波周波数では機能しなかった。1930年代半ば、ベル研究所のジョージ・サウスワースはこの問題に取り組んでおり、古い猫のひげ検出器を購入し、マイクロ波周波数で機能することを発見した。^{[ 7 ] [ 79 ]}ドイツのハンス・ホルマンも同じ発見をした。^{[ 7 ]} MIT放射線研究所は、最高の検出特性を持つシリコンに焦点を当てて、マイクロ波検出器ダイオードを開発するプロジェクトを開始した。^{[ 7 ]} 1942年頃までに、1N21や1N23などのレーダー受信機用の点接触シリコン結晶検出器が大量生産されるようになった。これは、ホウ素をドープしたシリコン結晶のスライスにタングステンワイヤーの先端をしっかりと押し付けたものである。猫のひげ状の接点は調整を必要とせず、これらは密閉されたユニットであった。パデュー大学では、並行して行われた別の開発プログラムでゲルマニウムダイオードが開発された。^{[ 7 ]} このような点接触ダイオードは現在も製造されており、最初の現代的なダイオードとみなすことができる。

戦後、製造されていた数少ない鉱石ラジオでは、方鉛鉱の猫ひげ型検出器に代わってゲルマニウムダイオードが使われるようになった。ゲルマニウムダイオードはシリコンダイオードよりも感度が高く、これはゲルマニウムの順方向電圧降下がシリコンよりも低い（0.4ボルト対0.7ボルト）ためである。現在でも方鉛鉱の猫ひげ型検出器は少数ながら製造されているが、それはアンティークのレプリカ鉱石ラジオや科学教育用の機器に限られている。

1946年にシルバニア社によって導入された1N34ダイオード（後に1N34Aが登場）は、最も広く普及した結晶検出器用ダイオードの1つとなった。安価で高性能な1N34は、汎用ダイオードとしても使用可能であった。^{[ 82 ]}