Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
твердых растворов, в которых с изменением состава изменяется
энергетический зазор между нижней Г- и верхней (X или L)
*> См. примечание на с. 86.
88
V
1,0
0,8
0,6
ОМ
Рис. 4.6. Зависимость нормализованного порогового поля эффекта Ганна в
системе GaAsxPi-x от междолинного зазора А, который менялся с изменением
состава твердого раствора.
долинами. В работах [34, 35] наблюдались ганновские осцилляции в системе
GaAsi-хРж при значениях х от 0 до 0,34. В этом соединении энергетический
зазор между Г- и А'-долинами убывает от 0,36 эВ при х = 0 до нуля при х-
0,5. Экспериментально наблюдалось уменьшение порогового поля с ростом
концентрации фосфора, хотя скорость движения домена оставалась
постоянной. Для состава GaAs0,52Po,48 вольт-амперная характеристика имела
при пороговом поле резкий излом в сторону насыщения, а ганновских
осцилляций при этом не наблюдалось. На рис. 4.6 показана зависимость
нормализованного порогового поля от величин междолинных зазоров А,
соответствующих образцам с разными значениями х [35]. (Напомним, что
эксперименты, определяющие зависимость порогового поля эффекта Ганна в
GaAs от давления [36, 37], также показали уменьшение порогового поля с
уменьшением А.)
Зависимость положения долин от величины х в системе GaxIni_xSb показана
на рис. П1.2.
Эффект Ганна в этой системе наблюдался при х = 0,3; 0,36; 0,50 и 0,54
[38]. Для всех значений х пороговое поле составляло примерно 600 В/см.
Существование эффекта Ганна проверялось прямыми наблюдениями доменов
сильного лоля с помощью емкостного зонда. Скорость движения домена
равнялась 6,5-106 см/с, частота колебаний около 3-109 Гц. В однородных
образцах, где эффект ударной ионизации внутри доменов был слаб и
удавалось наблюдать колебания в течение многих циклов, отношение
максимального тока к минимальному достигало двух. Если бы удалось
преодолеть технологические трудности получения достаточно чистых систем
GaxIrii-xSb с большим содержанием Ga(.t>0,55), то такие твердые растворы
представляли бы большой практический интерес. Малое пороговое иоле в
таком соединении позволяет значительно снизить мощность, требующуюся для
получения осцилляций.
Теоретические расчеты для трехдолинной модели [39] показывают, что в
твердом растворе Ino^Gao.sSb пороговое поле должно равняться 550 В/см, а
отношение максимального тока к минимальному может достигать 3,8 (рис.
4.2,г). К. п. д. приборов, изготовленных из такого материала, может
достигать 35%.
Эффект Ганна [40] и абсолютное отрицательное сопротивление [41]
экспериментально наблюдались также в твердых растворах системы Ala.Gai-
xAs в интервале значений от х=0 до д;^0,25. В этой системе при дс~0,37 Д
= 0. Пороговое поле при изменении х от 0 до 0,2 уменьшалось в 1,5 раза.
83
пгпн.еа.
4.3. Эффект Ганна в германии
4.3.1. Структура зон
На рис. 4.7 схематически изображена структура зон в германии. Эффективная
масса и плотность состояний в нижней /--долине больше, чем IB долинах Г и
X, лежащих выше. Поэтому в п-Ge условия для проявления эффекта Ганна за
счет переброса электронов в верхние долины неподходящие. То же самое
можно сказать и о валентной зоне германия.
Однако для реализации эффекта Ганна может быть использована анизотропия
эффективных масс дырок и электронов и сдвиг по энергии долин относительно
Друг друга яри деформации кристалла.
Анизотропия эффективных масс электронов означает, что поверхность
постоянной энергии не является сферической. В германии поверхность
постоянной энергии в L-долине представляет собой сильно вытянутый
эллипсоид с осью вращения вдоль оси <111> (см. рис. 4.8). Всего имеется
четыре эквивалентные L-долины, расположенные на кристаллографических
направлениях < 111 >, < 111 >, < 111 > и < 111 >. На рис. 4.8
схематически изображены эллипсоиды поверхностей постоянной энергии L-
долин в пространстве квазиимпульсов. Ось вращения эллипсоида
соответствует направлению, вдоль которого электрон движется с большой
эффективной массой mt, соответствующей большому радиусу кривизны в
зависимости <§ (k). Эффективная масса tnt в плоскости, перпендикулярной
оси вращения эллипсоида, изотропна и значительно меньше. В других
направлениях электрон перемещается с промежуточной массой (рис. 4.8,6).
Массу тг называют продольной, a mt- поперечной эффективной массой.
Электроны в долинах X тоже имеют анизотропную эффективную массу.
Поверхности постоянной энергии представляют собой также эллипсоиды, но с
осью вращения вдоль оси <Г00>, Г-долина изотропна.
Вследствие анизотропии эффективных масс подвижность электронов также
анизотропна. Поэтому электропроводность и ток в каждой
долине являются величинами анизотропными. Лишь благодаря симметричному
расположению долин (в силу кубической симметрии решетки типа алмаза)
суммарная электропроводность оказывается скалярной величиной.
В равновесном состоянии практически все электроны находятся в нижних L-
долинах. При приложении к полупроводнику электрического поля электроны
