Взаимодействие электронов с поверхностными акустическими волнами
енно
меняется с изменением [pic]и имеет максимум в области значений [pic], где
электронное поглощение звука также максимально. Такие зависимости
наблюдаются в фотопроводящих полупроводниках, в которых значительные
изменения проводимости происходят при изменении освещенности.
Акустоэлектрический эффект экспериментально наблюдается в металлах и
полупроводниках. Однако в металлах и центросимметричных полупроводниковых
кристаллах, таких, как Ge и Si, он невелик из-за слабого акустоэлектронного
взаимодействия. Значительный акустоэлектрический эффект (на 5 - 6 порядков
больший, чем в Ge) наблюдается в пьезополупроводниках (CdS, CdSe, ZnO,
CaAs, InSb и др.). За счет сильного пьезоэлектрического взаимодействия
электронов проводимости с акустической волной на частотах [pic]и образцах
длиной около 1 см возникает акустоэдс [pic]нескольких вольт при
интенсивности звука [pic]1 Вт/см2.
Особый характер носит акустоэлектрический эффект в полупроводниках,
помещенных в сильное электрическое поле E, где коэффициент электронного
поглощения УЗ зависит от скорости дрейфа носителей [pic]. При сверхзвуковой
скорости дрейфа ([pic]) коэффициент [pic]меняет знак и вместо поглощения
звуковой волны происходит ее усиление. При этом акустоэдс также меняет
знак: звуковая волна уже не увлекает, а тормозит электроны проводимости.
Средняя сила, действующая на электрон, направлена в сторону,
противоположную направлению распространения волны, так что воздействие УЗ
уменьшает электрический ток в образце - акустоэлектрический ток вычитается
из тока проводимости.
В сильных электрических полях акустоэлектрический эффект имеет место даже в
отсутствие внешней волны, из-за того что в полупроводнике происходит
генерация и усиление фононов внутри конуса углов [pic]вокруг направления
дрейфа носителей, для которых vdcos ( > vs – акустический аналог Черенкова-
Вавилова излучения. Сила, действующая на носители со стороны нарастающего
фононного потока, имеет направление, противоположное дрейфу носителей. В
результате происходит их эффективное торможение, приводящее к неоднородному
перераспределению электрического поля в образце (образуется т. н.
акустоэлектрический домен) и падению полного тока в нем. На опыте этот
эффект обычно наблюдается но отклонению электрического тока через образец
от его омического значения [pic], где U - приложенное к образцу напряжение.
Из-за анизотропии акустоэлектронного взаимодействия генерация фононов может
происходить преимущественно вдоль какого-либо направления [pic], не
совпадающего с направлением дрейфовой скорости электронов [pic], поэтому
акустоэлектрическая сила, действующая на носители, будет иметь составляющую
n, перпендикулярную дрейфовой скорости. В этом случае наблюдается разность
потенциалов в направлении, перпендикулярном приложенному электрическому
полю (рис. 4, а),- возникает поперечный акустоэлектрический эффект. Кроме
того, неоднородное по сечению кристалла распределение усиливаемых фононов
приводит за счет акустоэлектрического эффекта к появлению в кристалле
вихревого тока, а следовательно, и магнитного момента, направленного
перпендикулярно как скорости дрейфа [pic], так и направлению
преимущественной генерации фононов [pic].
Значительный акустоэлектрический эффект наблюдается при распространении
поверхностной акустической волны по поверхности проводящего кристалла. На
опыте акустоэлектрический эффект обычно наблюдается в слоистой структуре
пьезоэлектрик - полупроводник. Переменное электрическое поле, возникающее в
пьезоэлектрике за счет пьезоэффекта и сопровождающее волну, проникает в
полупроводник и вызывает токи и перераспределение свободных носителей в
приповерхностном слое. Поскольку движение носителей происходит как
параллельно границе раздела, так и перпендикулярно к ней, то в структуре
наблюдается как продольный, так и поперечный акустоэлектрический эффект.
Продольный акустоэлектрический ток неоднороден по сечению полупроводника:
он максимален у поверхности и убывает, осциллируя, в глубь его, что
приводит к появлению вихревых токов и возникновению магнитного момента.
Поперечная компонента акустоэлектрического тока обусловливает появление
поперечной акустоэдс, не меняющей знака при изменении направления
распространения поверхностной акустической волны на противоположное.
Используемые иcточниrи информации
Викторов И.А. "Звуковые ПАВ в твредых телах." M91
Кравченко А.Ф. "Физические основы функциональной электроники" Новосиб. 2000
Зюбрик А.И. , Бурак Я.В. "Акустоэлектроника" Львов 86
Викторов И. А., Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и
Лэмба в технике, М., 1966.
Физический энциклопедический словарь. Коллектив авторов М2000
Пустовойт В.И. "Взаимодействие электронных потоков с упругими волнами
решетки" УФН 1969 т.97
Russian Scientific Network. Сайт по физике. http://www.nаturе.ru/
httр://рhys.wеb.ru/ – Научная сеть. МГУ им. Ломоносова
Physics News Update, http://aip.оrg/physnеws
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук,
194021 Санкт-Петербург, Россия http://www.ioffe.ru
bs.yandex.ru
-----------------------
Рис. 6.17. Пространственное распределение физических параметров в
кристалле при распро-
странении акустических волн.
[pic]
1 —задающий генератор запускающий схему и вырабатывающий импульсы
синхронизации 2—генератор импульсов прямоугольной формы с синусоидальным
заполнением 3 —усилитель, 4—осциллоскоп, 5 —генератор импульсов дрейфового
поля 6 — кристаллический образец 7 — гребенчатые излучатель и приемник
релеевских вопи, 8—дрейфовые электроды
Взаимосвязь силы акустоэлектронного взаимодействия и частоты
колебаний.
(F2(() – зависимостm для полупроводникового материала с меньшим значением
концентрации собственных носителей).
Рис. 3.20. Зависимость уровня шумового сигнала при усилении релеевских (а)
и поперечных (б) воли от дрейфового поля в образце 1
Рис. 3.21. Зависимость уровня шумового сигнала при усилении рэлеевских (a)
и поперечных (б) волн от дрейфового поля в образце 2 (9--(=3,5·10-5 Ом-1·См-
1)
| |  скачать работу |
Взаимодействие электронов с поверхностными акустическими волнами |
