Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия), страница 14

Появление тока связано с передачей импульса (и соответственно энергии) от УЗ-вой волны электронам проводимости. Это приводит к направленному движению носителей заряда — злектрич. току в направлении распространешгя звука. А. э.— одно из проявлений нелинейных взаимодействий и аналогичен нек-рым другим исяиигйкым эффектам увлечения, напр. акустич. ветру (см.

Акр!стическиг течеиил). Локальные электрич. поля, возникающие в проводящей среде под действием УЗ-вой волны, захватывают носители заряда, что приводит к увлечению их волной — возникновению акуотоэлектрич. тока. При взаимодействии акустич. волн с электронами происходит передача импульса от когерентного потока фоиоиоо (т. е.

гиперзвуковой волны) газу электронов проводимости. Каждый фонон, вааимодействующий с электроном, передает ему импульс ди1с (м и с — круговая частота и скорость звука соответственно, д =- =572п, где Ь вЂ” 17ланла лостоли- иал). Нри атом электрон получает дополнительную скорость Аи„-» =-дыгст в направлении раснространения звука (т — масса электрона) и возникает злектрич. ток, плотность к-рого еп, зи Уае = спейс»в (1) то где е — заряд электрона, по — число их в единице объбма. Если учестьч что )! — - те!'т — подвижность электронов (т — время между столкновениями), а 1 = ьепФс — интенсивность звуковои волны (пФ вЂ” число фоно- Рис. 1. Схемы измерений: а — акустозлектрического тока; б — акуотоелектрпчесной здо; » — поперечного анустоэлектричесного эФФекта; 1 — кристалл Сбз: 3 — металлические влентроды; 3 — знбкопроводы; 4 — излучающие преобразоват»ли; 5 — криомные преобразователи.

нов в единице объема), и положить, и. 1 что и =- — ' — коэфф. электронно- пе сх го поглощения УЗ в проводящей среде, то иа (7) получается универсальное соотношение длн акустозлектрич. тока (соотношение Вайиравха): чае = а.и1 (2) Более строго выражение для акустоэлентрич. тока можно получить, усредняя по времени произведение переменной скорости электронов г на переменную концентрацию и , н-рые воаникают под действием внуковой волны: »ае — е (л р ).

(3) В короткоазмкнутой цепи, состоящей, напр., иа кристалла Сбй 1 (рис. 1, а) с металлнч. электродами 2 на гранях, перпендикулярных направлению распространении звука, и АКУСТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ (ййЯе~ Рне. 3. Зввпснмость вкуставлектрнческага напряженна Ь'„от проводимости кристалла а пян различных интенсивностей внуке; г,>гв> г,. а измерительного прибора, будет протекать акустоэлектрич.

ток, определяемый соотношсниеьт (2) клп (3). Однако если цепь равомкнута (рис. 1, 6), то акустич. волна совдает на тех же электродах заряды, приводящие к появлению компенсирующего тока, п между электродалпг возникает акустозлектрич. разность потенциалов (акустоэдс), напряженность поля к-рой будет: э „. оку г пес = (ч) а ас где и — проводимость среды.

Поскольку в кристалле, помимо электронного, есть п другие виды поглощения внука (рошеточное поглощение), характеривуемые козфф. и„, то акустоэлектрич. равность потенциалов определяется выражением: ьу = — ' ° — '(1 — е "), а. пг, ве — а 'ас где 1 — длина кристалла, а = ае+ае, 1а — интенсивность внука на входе в кристалл. А.

э. экспериментально наблюдается как в металлах, так и в полупроводниковых кристаллах. В обычных полупроводниках (напр., Се, 33) и в металлах А. з. незначителен. Однако в пьезополупроводниках (напр., С68, С38е) сильное акустоэлектрич. ваапыодействие приводит к тому, что величина Еее на 5 †порядков больше, чем при тех же условиях в Ое, и достигает нескольких Вгсм прп иитеиснвиости внука 1 Вт/смх. Т.

к. электронное поглощение звука сильно зависит от проводи- мости кристалла и, то прп ее изменении меняется и Пве. Исследовать зависимость анустоэдс от проводимости удобно в фотопроводящих кристаллах, таких, как Сйй, у к-рых и аначптельно меняется прп изменении освещенности; нри нек-ром аначении и акустовдс имеет максимум (рпс. 2). Характерной особенностью А. э. является изменение анака акустоэдс при перемене направления распрост- ранения звука.

Напр., если в кристалле распространяются звуковые импульсы (рпс. 3), то прп прохождении звука справа налево акусто- Рис. 3. Осциллограммы акуставвектрнческнх импульсов (акустоедс) в Сбз прн распространенны сдвнговай волны частотой 24 Игц; стреянн — напрввэеннн распространения звуковмх импульсов, электрич. импульсы положительны (рпс. 3, а), а при обратном направлении распространения звука — отрицательны (рис. 3, 6). Линейная зависимость э'ее д от г" позволяет применять А. э.

для измерения интенсивности внука, а также для других У3-вых измерений, напр. для изморонпя частотных характеристик пьезоэлектрических преобразователей. Однако линейное соотношение Вайнрайхз (2) выполняется Рис. 4. Зависимость вкустовлектрпческога напряжения гг„ст ин- 3 тенсивнастн ввуна ~ Г при различных проводимостях: а, < аь лишь до определенной пороговой интенсивности звука, а аатем наблюдается насыщение акустоэдс (рпс. 4), к-рос связано с алектронной акустпч. нелпнейностью. Наряду с прододьным А. э.

можно наблюдать также и поперечный А. з., т. е. вовникновение разности потенциалов иа электродах кристалла, расположенных перпендикулприо направлению распространения звука АКРСТОЗЛЕКТРОНИКА (рис. 1, в). А. э. имеет место и для упругих поверхностных волн. В этом случае параду с продольным возникает также поперечный акустоэлектрич. ток, ыаправлеыиый от поверхности в глубь кристалла. Продольный акустоэлектрич. ток максимален у поверхыости кристалла и убывает с глубиной, ко ые моыотоиыоха с осцплляциями, что приводит к воакикповеиыю з образце круговых токов, а следовательно, и магнитного момента. Если к кристаллу, в к-ром распростраияется УЗ-вая волна, приложено выешыее постониыое электрич.

поле Е„создающее дрейф алектроиов в йапраалепии распростраыеыия УЗ (см. Усиление ультразвука), то А. э. существенно зависит от соотиошения скорости дрейфа электронов ив и скорости внука с. Так, прп иа(г характер А. э. тот же, что и при отсутстнии дрейфа.

При ив) с А, э. меняет знак, причем в отличие от аффекта усиления УЗ смена знака происходит точно при ии = с. Так как' ив = рЕ„, то ато нвлеиие испольауется ддя измерения дрейфовой подвижиости косителей з пьезополупроводниках. Когда в пьезополупроводнико иа,х с, в ием воэыикает геиерация фоиоыов, что приводит к появлеыию иеодпородыости в распределеинп электрич. поля, и А. а. резко умеыьшается. А. э, находит приыеиеиие для акустич. пзмереиий интенсивности УЗ в твердых телах, частотных характеристик УЗ-вых преобрааователей, структуры ааукового поля„а также для исследования электрич.

свойств полупроводниковых кристаллов (иамереиия дрейфовой подвижности ыосителей, величины акустоэлектрич. взаимодействия) и для отбора кристаллов, предназначенных для усилеыия УЗ, и др Лиме Некоторые вопросы езанмодеистеня ультразвуковых волк с алек«ренами проаодймостн е нрнсталиах, м., 1э65; Б ел я е я Л.

М. и д р., «Крйсталлограь>ня >, 1665, т. >ь, а, г, с. Твг — ЬЬ: Мор о а он А. И„«юнйнка твердого тела», 1665, т. 7, УЗ 16,'с. зета — уз; г у и я е е Ю. В. ' д р.,' там й<е, >Э>Э, т. <г, Гп Э, с. гвэв — газ>', БмнтаА.М.,медеедьА. В.,«Весьма а жЗТЕ«, 16>1, т. 11, с. ЬЬЬ вЂ” 56. В. Е.

Ляхов. АКУСТОЭЛЕКТРОНИКА — раздел акустики, возиикаюп<ий иа стыке акустики твердого тела, физики полу- проводников и радиоэлектроники. А. заиимается исследованием принципов построения УЗ-вых устройств для преобразования и аналоговой математич.

обработки радиосигналов. Воаможиости такого использования УЗ-вых волн обусловлекы малой скоростью авука по сравнению со скоростью света и раалвчыыыи видами ' взаимодействия УЗ-вых волн (иаир., с электронами в кристаллах, нелиыейыыми вааиыодейстеиями), а также малыы поглощением УЗ-зых волн в кристаллах (высокой добротностью акустич. колебательных систев0. Акустоэлектроииые устройства позволяют производить различные преобразования сигналов: во времени (задержку сигналов, иаыеыепие их длительности), частотные и фааовыо (сдвиг фаа, преобразование частоты и спектра), иамепеиие аыплитуды (усилеиие, ыодуляция), а также более сложные функциональные преобразования (иитегрироваиие, кодироваыие и декодирование, получеыие функций свбртки, корреляции сигиалоа и т.

д.). Выполнение таких операций часто Необходимо в радиолокации, технике дальней свяаи, системах аетоматич, управления, вычпслительиых устройствах и др. радиозлектроииых устройствах. Акустоэлектроыиые методы в ряде случаев поаволяют осуществлять ати преобразоваш<я более ' простым способом и более рациональным с точки зреиия габаритов, веса, а ииогда и стоимости устройств. В пек-рых случаях акустоалектроыиые методы являются едииствеыио ваемо>иными для осуществления преоГ>рааоваыий сигналов.

С техиологич. точки ареиия акустоэлектроыпые устройства хорошо сочетаются с современными ыетодами проиаводства в микроалектропике, что поаволяет осуществлять их массовое производство и исключать операции настройки. В устройствах А. используются УЗ-вые волны высокочастотыого диапазоыа и гиперавуковые волны (от 10 МГц до 1,5 ГГц), как объемыые (продольыые и сдвиговые), так и поверхностные.