Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 146
Текст из файла (страница 146)
Частным случаем электрон-фононного взаимодействия является акустоэлектронное взаимодействие. В результате обмена энер гней межлу потоком дрейфугощих электронов в электрическом поле в направлении распространения звуковой волны акустоэлектронное взаимодействие зависит от соотноше ния скорости дрейфа );и и скорости звука с.
Если выполняется соотношение )г», = Ндз - г то волна поглощается электронным газом, а если ('„„> с -- электроны отдают свою кинг тическую энергию акустической волне. Как уже ранее описывалось, такие акустические волны также являются динамическими неоднородностями. В электронной системе полупроводника, обладающего объемной отрицательной диффе ренциальной проводимостью, когда характерные лтасштабы изменения параметров сре приложенного поля и концентрации носителей заряда существенно превосходят лл 4, Функциональная полупроводниковая электроника 687 релаксации энергии н импульса электронов, возникает возмущение электронной плотности.
Такие волны называются еаяяами ярося~ракстееяяага заряда (ВПЗ). Так для ОаАз в сильном (- 3,5х10 В!см) электрическом поле возникают волны пространственного заз ряда, движущиеся со скоростью — 10 м(с. Фазовая скорость ВПЗ совпадает со скоростью 5 дрейфа носителей заряда И, Дисперсия ВПЗ несущественна вплоть до частоты 50 ГГц. Волны пространственного заряда могут усиливаться при распространении. Этими волнами можно управлять, меняя вектор скорости дрейфа носителей. Длина когерентности в тонких полупроводниковых слоях может на два порядка превышать длину волны ВПЗ. Такие свойства ВПЗ как динамических неоднородностей делают их весьма перспективными в устройствах функциональной электроники.
В плазме полупроводника, находящегося в магнитном поле, могут возникнуть геяикаяы — слабо затухающие низкочастотные электромагнитные волны. Геликоны могут взаимодействовать со звуковыми волнами. В плазме твердых тел могут возникать кванты плазменных колебаний — яяаз.иояы, вызываемые созданием электрического поля за счет флуктуаций плотности заряда. В свою очередь электрическое поле в плазме вызывает ток носителей, стремящийся восстановить локальную элекгронейтральность. Вследствие инерционности носителей, проскакивающих положение равновесия, возникают кванты коллективных колебаний со спектром, определяемым зонной структурой.
Плазмои является квазичастицей, способной переносить информационный сигнал. В полупроводниковых кристаллах могут распространяться фаяояы — квазичасгицы, соответствующие волне смещения атомов (ионов) и молекул из положения равновесия. Фононы взаимодействуют друг с другом, с другими квазичастицами, а также с дефектами кристаллической решетки.
С помощью фононов осуществляется связь всех квазичастиц твердотельной континуальной среды с окружающей средой. В аморфных средах понятие фононов вводится для длинноволновых акустических колебаний. Интерес вызывают лояярояы. Это квазичастицы, состоящие из носителей в полупроводнике (электрон или дырка) и фонона, образованного деформацией и поляризацией кристаллической решетки за счет движения в полупроводнике электрона проводимости (дырки).
Такая составная квазичастица движется по кристаллу как единое целое, она способна переносить заряд. Эффективная масса поляроиа значительно превышает эффективную массу электрона. Поляроны могут служить носителями заряда в кристалле. Возможно образование бипаяяронав, представляющих собой связку двух электронов в общей деформационной яме. По своей природе поляроны близки к гряуктуоиаи. В полупроводниковых коптинуальных средах наблюдаются и другие квазичастицы.
Речь идет об экситояах, представляющих сооой связанное состояние электрона проводимости н дырки. Такая квазичастица электрически нейтральна и не способна переносить заряд и Массу. Различают по два типа экситоиов. Экситояы Френкеля возбуждаются в узлах кристаллической решетки и благодаря межмолекулярным взаимодействиям они распространяются по кристаллу в виде волны. Экситоны Вал~ е — Мотта представляют собой водородоподобиое связанное состояние электрона и дырки. Время жизни экснтонов достаточно мало.
Онн исчезают в результате Рекомбинации с излучением фонона н фотона, а также прн захвате дефектами решетки, Именно это обстоятельство затрудняет использование экситонов а качестве динамических неодиоролностей в устройствах функциональной электроники. Часть! И Функциональная электрона, Если экситонный газ освещать, то в РезУльтате взаимоДействиЯ экситонов с энергией з н Е фотонов частоты и = — рождается составная квазичастнца- - поляриток.
Свойства тюля т7 ритонов отличаются от свойств экситонов и фотонов. Их наличие в полупроводник „ существенно влияет на оптические спектры последних. При дискретном туннелировании одного электрона возникают импульсы тока А определяемые соотношением ) г!! = е = 1,6х 10 ' А с. Такой импульс тока может быть использован в качестве линамической неоднородности Перечисленныс типы динамических неоднородностей являются наиболес заслуживаю. шими внимание и не исчерпывают весь их перечень.
4.1.2. Континуальные среды Полупроводниковые среды занимают промежуто тое положение по проводимости элек- трического тока между диэлектриками и металлами. При комнаэной температуре их удельное сопроэ ивление лежит в пределах от 10 ' до 10 Ом м. Такой огромный диапазон (15 порядков) значений определяется рядом спсцифических свойств полупроводников. Прежде всего, удельная проводимость зависит от количества примесей. Одна тысячная процента примеси может изменить проводимость полупроводника на 4 — 5 порядков. По- лупроводники обладают отрицательным температурным коэффициентом сопротивления в большом диапазоне температур. К полупроводникам относится большой ряд простых веществ из П, П!, 1 г', 'Л, УП групп таблицы Менделеева: германий, кремний, селен, тел- лур, бор.
углерод, фос~зор, сера, сурьма, мышьяк, серое олово, йод, а также соединения разлн,пп ~ч типов Л~В А Вм ЛПВ и АЯВш АиВэ АиВм АиВ 'и Л~иВг Ли1Вг Л В А В А В.Л В .А В,А В А~ В АВ~Вз~',АВ В,~ иг.д. Различают некоторые классы полупроводниковых континуальных сред. Элементарные полупроводники представляют собой кристаллическую решетку. например, в германии и кремнии, являющимися основными материалами, атомы образуют кристаллическую Ре щетку типа алмаза. Каждый атом взаимодействует с четырьмя ближайшими соседями, с каждым из которых связан ковалентной связью. Содержание посторонних примесей не должно превышать 10 '%, а дозируемое введение донорных (Р, Аз, БЫ или акцепторных (В, А1, Оа, 1п) примесей меняет их тип проводимости в достаточно широких пределах Монокристаллы можно выращивать методами Чохральского или бестигсльной зонно" плавки, получать в процессе эпитаксиального выращивания тонких кристаллических сло- ев, а также в процессе лазерной рекристаллизации поликристаэлов.
Соединения типа АшВ~ (ОаАя, )пЛз, ОаБЬ, !пБЬ, ОаР, 1пР) представляют собой твердив растворы. Они характеризуются коваленэной связью с некоторой долей ионной составляю- Шеи. Возможно обРазование тРойных и более сложных РаствоРов 1Оа,А1ь„Аз, ОаЛз'- з, и т. п.). Электрические свойства таких полупроводников могут меняться путем легиров ова- ния донорными (Бп, Те, Бе, Б) или акцепторными (7п, Сд, Мв) примесями. Монокрист гал- лы мого класса получают методом Чохральского, зонной кристаллизацией, криствллиз цией из газовой или жидкой фазы, молекулярно-лучевой эпитаксией.
Соединения типа лиВ'~ (УпБ, СОБ, НаБе, КпБе, ЛпТе) представляют собой твердые Рас творы. Кристаллическая структура имеет ковалентно-нонную связь. Физические свойсз' йства 4. Функциональная полупроводниковая электроника определяются содержанием точечных дефектов, обусловленных отклонениями от стехиометрии состава. Аналогичными свойствами обладают соединения типа А В (РЬВ, щ ы ЯпБ, Бобе, РЬТе, Бпте). Соединения элементов Ч[ группы с элементами 1 Ч групп образуют кристаллы, в которых преобладает ионная связь, Если элементы этой группы связаны с переходными или редкоземельными элементами, то такие соединения обладают магнитными свойствами. Некоторые из таких полупроводников обладают ферромагнитными свойствами (ЕцО, ЕцЗ, Ст)Ст,Ве,), другие — антиферромагнитными (ЕцТе, ЕцВе, %О).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
