Физика полупроводников - Бонч-Бруевич В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
§ 9. Заключительные замечания
Выше мы везде рассматривали только объемные, продольные или поперечные, упругие волны. Однако все рассмотренные явления — электронное поглощение и усиление волн, акусто-электрн-ческий эффект и др. — наблюдаются и в других типах волн. Особенно интересными здесь являются поверхностные волны. В таких
Рис. 15.10. Усиление поверхностных упругих волн дрейфом электронов. Гг — импульсный генератор высокой частоты,
Гг — генератор прямоугольных импульсов ускоряющего напряжения, П — радиоприемник, Пр1 и Пр2 — электромеханические преобразователи, М, М — металлические ускоряющие электроды.
волнах в общем случае имеются нормальная к поверхности составляющая смещения и тангенциальная составляющая, которые, в отличие от объемных волн, затухают при удалении от поверхности.
Схема типичного опыта для наблюдения электронного поглощения и усиления поверхностных волн в пьезоэлектрических
512
АКУСТО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ
[ГЛ. XV
кристаллах показана на рис. 15.10. В качестве электромеханических преобразователей служат две системы гребенчатых металлических электродов, вставленные одна в другую. Переменное электрическое напряжение, подаваемое на преобразователь, должно иметь такую частоту, чтобы длина упругой поверхностной волны была равна периоду гребенки. Разумеется, и здесь кристаллографические оси пластинки должны быть ориентированы так, чтобы смещение в волне было пьезоэлектрически активным.
Исследование акусто-электронных явлений (на объемных и поверхностных волнах) позволяет получить ценную информацию об особенностях взаимодействия колебаний, решетки с электронами проводимости. Оно дает новые возможности определения важных характеристик полупроводниковых кристаллов: дрейфовой подвижности носителей заряда, константы электромеханической связи, деформационных потенциалов и др. .
Акусто-электронные явления могут также быть использованы для создания новых твердотельных электронных приборов. Так,. используя акусто-электрический эффект, можно получить малога-. баритные устройства для регистрации и измерения интенсивности ультразвуковых волн. Явление усиления упругих волн с помощью дрейфа электронов можно использовать для создания усилителей и генераторов ультра- и гиперзвуковых колебаний. Используя двойное преобразование: электрический сигнал — звуковая волна и звуковая волна — электрический сигнал, можно получить усилители и генераторы электрических колебаний. Двойное преобразование совместно с усилением звука позволяет осуществить линии задержки электрических сигналов, которые, по сравнению с обычными линиями задержки электромагнитных волн, выгодно отличаются большими временами задержки (вследствие того, что vs с) и компенсацией потерь. Возможно создание и более сложных функциональных схем для различного преобразования и обработки информации, на которых мы, однако, останавливаться не будем.
Глава XVI
ГОРЯЧИЕ ЭЛЕКТРОНЫ
§ 1. Нагрев электронного газа
Ускоряясь электрическим полем, электроны и дырки могут приобретать не только средний импульс, но и энергию. Действительно, средняя энергия, приобретаемая единицей объема газа носителей заряда в единицу времени, равна (j, в). В стационарном состоянии эта величина должна равняться энергии, в среднем теряемой электронами *) в единицу времени при столкновениях. Обозначим через Ё отнесенное к единице времени изменение энергии носителя заряда за счет столкновений. Эта величина зависит от энергии Е, уже имеющейся у электрона. Усредняя ее по всем состояниям электрона, получим интересующую нас величину (Ё)ст. Условие баланса энергии в стационарном состоянии поэтому есть
(j, 6) = «<?>„. (1.1)
Используемый здесь символ (...) не следует смешивать с аналогичным обозначением, использованным в гл. I, XIII. Там усреднение выполнялось с помощью равновесной функции f0, здесь — с помощью неравновесной функции распределения, описывающей данное неравновесное стационарное состояние газа носителей заряда.
При термодинамическом равновесии, когда j = 0, равенство (1.1) превращается в тождество «О = 0». Действительно, в этих условиях электроны отдают решетке (в единицу времени) в # среднем столько же энергии, сколько и получают от нее, т. е. (?)ст = 0. В достаточно слабом поле, когда g &кр (см. (XIII.7.9'). или (XIII.7.9")), величина (j, в) — второго порядка по напряженности поля. Соответственно очень мала и правая часть (1.1). При возрастании поля положение меняется, ибо энергия, которую электроны получают от поля, заметно возрастает. В то же время правая часть равенства (1.1) определяется вероятностью соответствующих столкновений. Как мы видели в гл. XIV, процессы рассеяния носителей заряда часто оказываются почти упругими. По этой причине величина <?)„, вычисленная в условиях, близких .к термодинамиче-
*)¦ Мы будем для краткости отождествлять термины «носитель заряда» н «электрон»; исключение составят лишь явно оговариваемые случаи. Будем также рассматривать лишь невырожденный газ.
