Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
С.— Ш. з. объясняется анизотропией закона дисперсии горячих носителей заряда <f(p), где # — энергия носителей заряда, р — их квазиимпульс. Наиб, чётко о* выражен в многодолинных полупроводниках благодаря междолиниому перераспределению носителей заряда, вызываемому их разл. нагревом в разных долинах.
В миогодолипиых полупроводниках минимум энергии в зоне проводимости (или максимум в валентной; зоне) достигается не при р = 0, а сразу в иеск. эквивалентных точках приведённой Бриллюэна зоны, иапр. в 4 точках L на её поверхности в н-Ge и халькогеии-дах Pb (PbS, PbSe, PbTe); в 6 точках (иа Д-осях) в л-Si и алмазе. Большая величина С.— IIl. э. связава с сильной анизотропией спектра электронов S(p) в каждой из долин, где иаоэиергетич, поверхность электрона «f(p) = const имеет форму сфероида (эллипсоида вращения ) с большой эфф. массой т„ вдоль оси вращения и с малой т± поперёк оси.
Если электрич. поле направлено так, что образует разл. углы ф с осями вращения эллипсоидов в разл, долинах (0 < ф < л/2), то электроны в долинах разогреваются по-разному, причём сильнее всего в тех долинах, в к-рых углы ф оказываются наибольшкми (рнс. 2).
Разл. нагрев электронного газа приводит, во-первых, к разл. скорости рассеяния электронов в разл. долинах, определяющей при низких темп-рах подвижности носителей заряда; во-вторых, к разл. скорости перехода электронов из горячих долин в холодные, что определяет заполнение долин электронами. Оба эффекта связаны с энергетич. зависимостью вероятностей рассеяния носителей заряда (внутри- и междолинного). В чистых и структурно совершенных кристаллах преобладает междолиниое рассеяние с испусканием и погло-
facon&t
Рис. 2. Двухдолинная модель с различными эффективный! массами т для давкого направления поля Е.
щеиием коротковолновых фононов. Вероятность такого рассеяния растёт с ростом энергии электрона f, так что более разогретые долины опустошаются, а менее разогретые избыточно заполняются электронами. В результате, напр., в п-Ge в одинаковом электрич. поле токи ) < Z1110] < /т; в п-Si токи Л» < І им < / пт (нормальный С. — Ш. э.).
В легированных полупроводниках при низких темп-рах доминирует междолинное рассеяние на примесных центрах к дефектах. Вероятность рассеяиня в этом случае может спадать с ростом энергии электронов, так что сильнее разогретые долины избыточно наполняются, а меиее разогретые — опустошаются. К тому же внутри долинное рассеяние на заряж. пря-месях способствует росту подвижности с разогревом. Это сочетание приводит к т, н. аномальному С.— IJI. э., при к-ром неравенства изменяют зиак, т. е. n-Ge водёт себя, как п-Si (и наоборот).
Анизотропия закона дисперсии возникает в p-Ge в p-Si из-за гофрировки изо эиергетич. поверхностей валентных зон (в особенности зоны тяжёлых дырок), связанной с их вырождением в точке зонной диаграммы t{p) р=0 (см. Зонная теория).
. IIpH переходе от нормального С.— Ш. э. к аномаль-вому изменяется также знак поперечной эдс Сасаки. На рис. 3 представлена зависимость поперечного поля
Ряс. 3. Поперечная эдс Ca-Cаки в зависимости от угла Eu /Л Sm
ф между полем E в плоскосте (011) и кристаллографической осью [100]. V 0 п!2 \У те
[100] [Ш] [811] [III] [fOD]
Ei (при заданном продольном поле Е) от угла между направлением тока j, лежащего в плоскости симметрии (011), и осью симметрии 1100]. При токе, направленном вдоль осей [100], [111], [011], поперечное поле Ei отсутствует. Зиак Et различен у Ge и Si при нормальном С.— Ш. э. и изменяется с переходом к аномальному эффекту.
В чистых полупроводниках при достаточно низких темп-рах (в n-Si при T — 55 К) в определ. диапазоне E положение поля Ei в плоскости (011) неустойчиво. В частности, в «-Si при / вдоль оси [011] неустойчиво значение Ei = 0 при ф = л/2, а устойчивыми оказываются два ненулевых, равных по величине в противоположно направленных поля, параллельных осям [011] и [011]. Этим двум значенням Et соответствуют преимущественные заполнения электронами долин с осями вращения эллипсоидов вдоль оси [010] илн
[001]. В результате в одном образце могут сосуществовать области (домены) с разл. устойчивыми значениями Et, разделённые доменными стенками. При токе вдоль оси [011] домены имеют вид слоёв, параллельных плоскости (011), с чередующимися по знаку полямн Et. Для тока вдоль оси [111] есть 3 равных Ei, направленных под углами 120° друг к другу (миогозиач-н ый эффект Ca сак и).
Кроме разогревиого механизма С.— Ш. э. возможен фрикционный механизм: электрич. поле вызывает анизотропную деформацию кристалла, к-рая по-разному изменяет энергетнч. положение до л ни. Этот механизм доминирует в многодолинных полупроводниках с высокой диэлектрич. проницаемостью (иапр., в BaTiO3).
Лит.,- Зеегер К., Физика полупроводников, пер. с англ., М., 1677; Горячие электроны в многодолинных полупроводни-MI, К., 1982. 3. С. Грибников.
САТУРН — шестая по удалению от Солнца к вторая по раамерам и массе планета Солнечной системы. Ср. ге-Лйоцентрич. расстояние (большая полуось орбиты) составляет 9,539 а. е. (1,427 млрд. км). Вследствие заметного эксцентриситета орбиты (0,056) гелиоцентрнч. расстояние изменяется приол. от 9 до 10,1 а. е. Наклон
