Физика полупроводников - Бонч-Бруевич В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
Теория явлений переноса энергии электронами (см. гл. XIII) позволяет заключить, что Пп можно представить в виде разности;
Л^Лг-Пг, (1.17)
КИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
21
где TJi и П2 — коэффициенты Пельтье для проводника 1 и, соответственно, проводника 2. Она показывает также, что термоэлектрические кинетические коэффициенты а, ат и П не являются независимыми, а связаны соотношениями
П — аТ, (1.18)
(1.19)
Из формулы (1.18) видно, что Я пропорционален а. Поэтому у полупроводников коэффициент Пельтье, так же как и термоэдс, гораздо больше, чем у металлов. С другой стороны, соотношение
(1.19) показывает, что тепло Томсона обусловлено температурной зависимостью термоэдс а. Если а не зависит от температуры, то и тепло Томсона равно нулю.
Термоэлектрические явления имеют интересные перспективы технического применения. Термоэдс можно использовать для устройства термоэлектрических генераторов небольшой мощности, предназначенных для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Применяя эффект Пельтье, можно осуществить различные термоэлектрические охлаждающие устройства. Однако на этих вопросах мы не будем останавливаться и отсылаем читателя к специальным монографиям.
ж. Эффект Нернста—Эттинг-сгаузена. Когда полупроводник, в котором имеется градиент температуры, помещен в магнитное поле, то возникают различные термомагнитные эффекты. Наиболее интересным является поперечный эффект Нернста—Эттингсгаузена, состоящий в появлении электрического поля 6, перпендикулярного к уТ и S3, т. е. в направлении вектора [уГ х 53]. Если градиент температуры направлен вдоль оси X, а магнитная индукция —¦ вдоль Z, то электрическое поле параллельно оси Y. Поэтому между поперечными зондами an b (рис. 1.5) возникает разность электрических потенциалов и. Величину %и можно выразить формулой
о-20)
Здесь q\ — так называемая постоянная Нернста—Эттингсгаузена, которая зависит от свойств полупроводника и может быть как положительной, так и отрицательной.
Чтобы получить представление о величине этого эффекта, укажем, что, например, в германии с удельным сопротивлением ~ 1 Ом см при комнатных температурах, при <$? ~ 103 Гс и
... *1
it Гг
1 f
Рис. 1.5. Поперечный термомагнитный эффект Нернста —Эттингсгаузена.
22
НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ [гл. I
dTldx ~ 102 град/см наблюдаемое &у ~ 10"2 В/см. Значения^, а следовательно и 8^, сильно зависят от температуры образца и от магнитного поля и при изменении этих величин могут даже изменять знак.
Рассматриваемый эффект возникает по той же причине, что и эффект Холла, т. е. в результате отклонения потока заряженных частиц силой Лоренца. Различие, однако, заключается в том, что при эффекте Холла направленный поток частиц возникает в результате их дрейфа в электрическом поле, а в данном случае — в результате диффузии.
Легко видеть, что, в отличие от постоянной Холла, знак не зависит от знака носителей заряда. Действительно, при дрейфе в электрическом поле изменение знака заряда приводит к изменению направления дрейфа, что и дает изменение знака поля Холла (ср. рис. 1.2). В данном же случае поток диффузии всегда направлен от нагретого конца образца к холодному, независимо от знака
заряда частиц. Поэтому направ-7+jr'a VTy*iVГ ления силы Лоренца для положи-
1 ---- тельных и отрицательных частиц
взаимно противоположны, однако направление потоков электрического заряда в обоих случаях одно и
П
г\ь
j_ ъг
Рис. ! .6. Поперечный термомагнит- то же'
ный эффект Риги — Ледюка. з. Эффект Риги—Ледюка. В
полупроводнике, в котором имеется градиент температуры, при включении магнитного поля появляется также поперечная (по отношению к первоначальному тепловому потоку и направлению 53) разность температур (рис. 1.6). Величину поперечного градиента температуры можно записать в виде
О-21)
где S — постоянная Риги—Ледюка, характеризующая свойства данного вещества.
Эффект Риги—Ледюка связан с тем, что диффундирующие носители заряда переносят с собой тепло (теплопроводность). Без магнитного поля поток тепла направлен от горячего конца образца к холодному, т. е. параллельно —ухТ. В магнитном поле потоки диффузии и тепла поворачиваются силой Лоренца на некоторый угол. Поэтому возникает составляющая теплового потока вдоль оси У, что и приводит к появлению составляющей градиента температуры ууТ* Так как направление силы Лоренца при данном направлении диффузии зависит от знака заряженных частиц, то угол поворота теплового потока, а значит, и постоянная 5 имеют разные знаки для положительных и отрицательных носителей заряда.
