Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
минимум). Кроме этих двух долин, обозначенных индексами 1 и 2, имеется
еще отдельная долина 3 (тоже при ?=0), возникшая в результате спин-ор-
биталь-ного взаимодействия. Структура валентной зоны материалов с
решеткой типа цинковой О'бмагаки з общих чертах одинакова и мало
изменяется в зависимости от состава соединения, по порядку величины Д г
~\ эВ и А у "'2 ... 3 эВ Lp Лр
(2]. Эффективная масса дырок в долине 3 меньше массы дырок в долине 1.
Поэтому параметры валентной зоны не удовлетворяют требованиям,
необходимым для осуществления эффекта Ганна, и в обычных условиях он в
дырочных полупроводниках не наблюдается.
262
П.2. Тройные соединения
Значительно расширяются возможности реализации эффекта Гаина при
использовании тройных соединений типа и др.
Изменяя состав соединений, можно изменять относительное расположение
долин в зоне проводимости и реализовать условия, необходимые для
'возникновения эффекта Ганна. На рис. П. 2 приведены зависимости
положений долин зоны проводимости от состава для системы GaSb-InSb. Как в
InSb, так и в GaSb зонная структура не особенно благоприятна для
возникновения эффекта Ганна (гл. 4). В InSb пороговая энергия ударной
ионизации меньше, чем зазор между Г- и /-долинами (<§,<Д).
В GaSb Д~(3 ... 4)kT, и поэтому эффект Ганна если и 'может наблюдаться,
то только в весьма чистом материале
[3]. В то же время в системе Ga*Ini~*Sb при *=0,3 ... 0,8 структура зоны
проводимости весьма благоприятна для возникновения эффекта Ганна, и, как
мы видели в гл. 4, в такой системе эффект Ганна действительно
наблюдается.
П.З. Влияние давления
Под действием внешнего давления расстояния между атомами решетки
уменьшаются и зоны деформируются. Действие давления аналогично изменению
состава при замене тяжелых атомов легкими. При гидростатическом
(всестороннем) давлении деформация зон .приблизительно одинакова для Ge,
Si и соединений AmBv со структурой типа цинковой обманки. Наибольшему
смещению подвергается Г-долина, а затем L-долина. Х-долина почти не
смещается, ц знак изменения энергии этой долины от давления
противоположен соответствующему изменению положения долин f и I, Сдвиг
долин относительно валентной зоны при гидростатическом давлении
характеризуется следующими величинами [4]:
Ч) /'-долина- (д?г1дР) = (8,5...
.. .15) • 10-6 эВ/бар,
2) L-долина-(dgL/dP) = (5 ... 6) • 10~~6 зВ/бар,
3) J-долина-(dgxtdP) = (I ... 1,5) • 10_6 эВ/бар.
На рис. П.З иллюстрируется зависимость положения долин в зоне
проводимости в InSb от давления. В области 9 ... 10 кбар энершя,
необходимая для переброски электронов в верхнюю долину, оказывается
меиыней, чем пороговая энергия для ударной ионизации, и в результате
создаются условия для реализации эффекта Ганна.
&,э%
InSb х SaSb
Рис, П.2. Зависимость положения долин зоны проводимости в GaxIni~xSb от
состава сплава [2]. Энергия отсчитывается от максимума валентной зоны.
Т=300 К. на положение долин
Как мы видели в гл. 4, давление используется для наблюдения эффекта Ганиа
в InSb и InAs.
Рис. П.З. Зависимость положения долин зоны проводимости InSb от давления
[2]. Энергия отсчитывается от максимума валентной зоны. Т=77 К.
263
Список литературы
К главе 1
1. Gunn J. В. Microwave oscillations of current in III-V
semiconductors. - "Sol.-St. Comm.", 1963, v. 1, № 4, p. 88-91.
2. Gunn J. B. Instabilities of current in III-V semiconductors. "IBM
Journ. Res. Dev.", 1964, v. 8, № 2, p. 141'- 159.
3. Guetin P. Contribution to the experimental study of the Gunn effect
in the long samples. - "IEEE Trans.", 1967, v. ED-14, № 9, p. 552-502.
4. Ridley В. K. Specific negative resistance in solids. - "Proc. Phys.
Soc.",
1963, v. 82, № 12, p. 954-966.
5. Ridley В. K., Watkins Т. B. The possibility of negative resistance.
- "Proc. Phys. Soc.", '1961, v. 78, № 8, p. 293-304.
6. Hilsum C. Transferred electron amplifiers and oscillators. - "Proc.
IRE", 196Й, v. 50, № 2, p. 185-189.
7. Kroemer H. Theory of the Gunn effect - "Proc. IEEE", 1964, v. 52, №
12, p. 1736.
8. Alien J. W., Shyarn М., Chen S. Y., Pearson G. L. Microwave
oscillations in GaAsxPi-x alloys. - "Appl. Phys. Lett.", 1965, v. 7, p.
78-80.
9. Hutson A. R., Jayaraman A., Chyno-weth A. G., Coriell A. S.,
Feldman W. L. Mechanism of the Gunn effect from a pressure experiment. -
"Phys. Rev. Lett.", 1965, v. 14, p. 639-641.
10. Shyarn М., Allen J. W., Pearson G. L. Effect of variation of energy
minima separation of Gunn oscillations. - "IEEE Trans.", 1966, v. ED-13,
№ i, p. 63-67.
11. Wasse M. P., Lees !., King G. The
effect of pressure on Gunn phenomena in gallium arsenide. - "Sol.-St.
Electron.", 1966, v. 9, № 6, p. 601- 604.
12. Butcher P. N., Fawcett W. The inter-
valley transfer mechanism of negative resistivity in bulk
semiconductors.-"Proc. Phys. Soc.", 1965, v. 86, № 12, p. 1205-1219.
13. Gunn J. B. Electron transport properties relevant to instabilities
in GaAs. - "J. Phys. Soc. Japan", 1966, Supplement, p. 509-513.
