Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 99
Текст из файла (страница 99)
Типичными П. являются элементы 1У группы таблицы Менделеева, напр. уппдпщп ап германий и кремний, Гл лп и а также соединения !! Ч групп (т. н, соедн- нениЯ А'иВ ), напР. Вале щ и лп и СаЛя, 1пЗЬ, СаЗЬ, Ряс. 1. схема и соединения эле- эвергетипеских ментов Ц 1 У1 зев ып;>УпРпаеш я яка: Еп — шягрупп (соединения ряя» пепрпшея- АиВ"'), напр. С68, яоа зпяы. Сато, Зпо. Основные свойства П.
хорошо объясняются ванной теорией. На основании этой теории знергетич.спектр электронов в твбрдом теле разделяется на зоны разрешенных и запрещенных энергий (рис. 1). Все электроны, расположенные на оболочках атомов, составляющих кристаллич. решетку, занимают разрешенные зоны энергии, причем верхняя разрешенная эона в П. полностью заполнена и наз. валентной зоной. Следующая разрешенная зона, полностью пустая при темп-ре абсолютного нуля, иаэ. зоной проводимости; она отделена от валентной зоны аапрещеиной зоной ширинои Е„являющейся ва>кнон характеристикои П, В разных П.
Е, составляет величину — 0,1 — 1,3 аВ. Б металлах запрещенной зоны нет, и валентная зона перекрывается с зоной проводимости. В диэлектриках обычно Е, ) б эВ. В чистом П. удельное электрич. сопротивление р = Аехр (Еп)2йеТ), где А — константа, слабо зависящая от темп-ры, Т вЂ” темп-ра в кельвпнах, йя— Бель цмяяа постоянная.
Такой тип проводимости, наз. с о б с т в е ивой проводимостью, имеет место обычно в чистых П. при высокой темп-ре; при низких темп-рах этн вещества практически ведут себя как диэлектрики. При наличии примесей в П. существенно ивменяется тип проводимости, возникает т. в. п р и м е с п а я и р о- понднРОмптОРнын силы в о д и м о с т ь» в аапрещенной зоне появляются дополнительные уровни энергии, к-рые облегчают переход электронов в зону проводимости. Если в германий нлн кремний добавить в ниде примеси злемент Ч группы, напр.
фосфор, мышьяк, сурьму, то атомы примеси, заиещая в решатке атом основного элемента, легко отдают свои электроны и наэ. д о и ар а м и. Прн этом в запрещенной зоне появляются уровни, близко отстоящие от дна зоны проводимости (рис. 2); такие П. наа. в л е к т р о ни ы м и П. или П. и-тапа. Если л<е внесена примесь в виде атомов элемента П! группы, напр. бора, галлия, индия, то такие атомы связывают (захватывают) лишние электроны и наз. а к ц е п т о р ам н, пх уровни расположены близко к валептной зо- +~ Лава» ая — — — яряяв ь Вяя .ораве вр нв в Рае. э.
схема енергеткчесикх эов в пркмесных полупроеолпкках: а — о-ткпа, Š— р-тапа; пунктирными линиями обозначено положение лонораой к акпепторпой пркиесей. не; П. такого вида наэ. д ы р о ч п ыи и П. илн П. р-типа.Малые добавки донорной примеси приводят к переходу электронов в зону проводимости, а добавки акцепторной примеси— к уходу в обвасть связанных состояний электронов из валентпой зоны, что эквивалентно появлению положительного заряда, иаз. в атом случае «дыркой» Электрон, папавы»ий в вону проводимости, или дырка в валентной зоне ваз. носителями тока н ведут себя как свободные заряды соответствующего знака, перемещающиеся под действием злектрич.
поля. Электрич. сопротивление ыримесного П. гораадо слабее зависит от темп-ры, чем сопротивление собственного П., поскольку здесь число носителей тона определяется гл. обр. концентрацией примесей, а не тепловой генерациеи. В П. всегда имеются носители тока обоих внаков, но, напр., в П.
и-типа концентрация элеитронов значительно больше концентрации дырок. В таком случае говорят, что влектроны являются ос- новыымп носителями тока, а дырки— неосиовными. Последние часто играют важную роль в процессах, происходящих в П., в частности в процессах р — л-нервхода. В нек-рых П., наэ. фотополупроводниками, сопротивление весьма чувствительно к освещению. Напр., в образце Сбб сопротивление может изменяться от 10'в Ом см в темноте до 10«ОМ см иа свету. Наличие в кристаллах дефектов роста, дислокаций, вакансий и пр.
также может приводить к появлению примесной проводимости в П, как донорного, так и акцепторного типа. В общем случае ток в П. обусловливается как электронами, так и дырками и удельная проводимость а = 1П =- в (Рвл + Рнр) где е — заряд электрона, и н р— концентрации электронов и дырок, а рв и р„— подвижность злектронов и дырок соответственно. Подвижность определяет скорость о, к-рую приобретает алектрон или дырка в алектрическом поле напряженностью Е, т.
е. р = и!Е. Лит: Вопч-Бруеекч В. Л., палаткккое с. г,, Ф»»зкка полупроеовакков, М., !Э77. 4. Л. Полякова. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПЕРЕХОД вЂ” то же, что р — о-кврвход. ПОНДЕРОМОТОРНЫЕ СИЛЫ в звуковом поле — совокупность сил, действующих иа вещество илн тело, помещенное в звуковом поле. В П. с. вносят вклад переменное звуковое давление, пропорциональное амплитуде звука, п квадратичные эффекты — радиационное давление, силы Бьеркыеса, а так»ке гидродыпамнч.
силы, обусловленные движением среды в звуковой волне. П. с. проявляютсн в действии звуковой волны на чувствительные элементы приемников звука, в УЗ-вых коавулазии, диенергировании, кооптации, в вазпикновонпи акустических течекий, усталости материалов, подвергающихся длительному воздействию иытенсивного акустич.
излучения, во вспучивапии границ раздела двух сред. Сила, действующая на элемент объема бр и равная (бу, где объемная плотность П. с., определяется изменением импульса (см. Имоулье звуковой волна) алемевта объема Ьу в единицу времени, равным импуль- пондирпмоторныи силы су, втекающему в объем черев его поверхность. Если тензор плотности потока импульса — П;д, то г-я компонента силы, действующей на объем б)с, определяется выражением: ( Пд У = с() ПО дауд = ф Пъ и| дб, ь '» где дд — элемент поверхности объеиа, а пд — вне|иная по отношению к объему нормаль.
Соответственно этому сила, действующая на элемент поверхности дЯ, равна потону импульса через него и определяется выражением — П|ддб. В частности, на поверхность единичной площади действует сиза, | -я компонента к-рой Рз = Пе,пд. Тензор плотности потока импульса авуковой волны Под ——— = — рб|д — риги| -)- аы, где р — звуковое давление, и| — компонента кол»дат»лолой скорости заюпич, бьд— символ Кронекера (б|д = 1 прк | = й и б,д .—. 0 при г ~ й), о|д -- тензор вязких напряжений, р — плотность среды. Еслп поверхность жесткая, то скорость частиц среды, прилегающих к ней, обращается в нуль и сила, действующая на единицу ее плошади, равна: Р, = — рб;дпд+ оыпд. Основной вклад в Р; при таких условиях дает звуковое давление р, и именно эта величина воспринимается чувствительными алементами приемников звука.
Кроме того, здесь действуют силы вязкости. Для монохроматич. звуковых волн р — гармонич. ф-ция времени, меняющаяся с частотой звука. В жидкостях при интенсивности звука Р 1 Вт)смг, характерной для ряда практич. применений УЗ, р 10' дзгн)смз = 1 атм. Такие силы могут превысить порог прочности жидкости и вызвать кавитацию.
Средняя по времени П. с., обусловленная звуковым давлениеи в гармонич. звуковых полях, равна нулю. Помимо этого,в звуковых полях возникают постоянныо во времени П. с. Они определяются квадратичными членами тенеора плотности потока импульса и по порядку величины равны плотности энепзгви Е авуковой волны: Р𠆆- Е = рю. Обычно зти силы можно рассматривать как результат действия радиационного давления, или да»лепим год»о»ого и»лук»- пил.
Их величина мала; напр., в воадухе при интенсивности звука 10 ' Втгсыг Є— 10-г динг'смг, в воде при интенсивности звука 1 Вт/смг Рр кз 10' дни/см'. Тем не менее они приводят к заметным эффектам, проявляющимся, напр., в появлении акустич. течений, во вспучиванин границ раздела двух сред и даясе в возникновении фонтанчиков жидкости. П.
с. действует не только на элементы среды, в к-рой возбуждено звуковое поле, но и на граничащие с ней поверхности, а также на тела, находящиеся в среде. Так, напр., на взвешенное в акустич, поле тело, размеры к-рого много меньп|е длины звуковой волны Л, а плотность равна плотности окружающей среды, в ввуковом поле действует сила, заставляющая его колебаться вместе с частицами среды. При различных плотностях тела н окружающей среды возникает движение тела относительно среды, причем если плотность тела р, болыпе плотности среды р, то оно отстает от частиц среды, а если р, и.
р — то опережает их. Движение тела относительно среды вызывает дополнительное движение среды (рассеянную залпу), а значит, и дополнительную силу реакции, действу|ощей на тело. На<р., на сферу радиуса а при а (( Л в поле плоской звуковой волны действует сила: Р = 4загЕ (йа ° ' ' " (2 Ч. Ь)* (й =- 2п(Л вЂ” волновое число звуковой волны, Š— средняя по времени плотность энергии акустич. поля, б = рбр,), Если вблизи одного нз тел в авуковом поле имеется другое, то взаимное влияние рассеянных на этих телах волн вызывает взаимодействие между телами. В частности, две сферы с радиусами а и Ь, пульсирующие в звуковом ноле на расстоянии г друг от друга, притягиваются друг к другу с силан Рн = 4лраеЬ' — ",' соз ф, где и„, иь — нолебательные скорости поверхностей сфер, ф — сдвиг фаз их пульсаций, р — плотности среды, Р» наз. силой Бьеркнеса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
