Физический энциклопедический словарь - акустоэлектронноевзаимодействие
Акустоэлектронноевзаимодействие
В зависимости от типа кристалла различают неск. механизмов АЭВ. Ионное взаимодействие — в ионных кристаллах акустич. волна смещает ионы из положения равновесия, в результате чего возникает ионный ток, вызывающий электрич. поле, действующее на эл-ны проводимости. Такое вз-ствие наблюдается в металлах. Потенциал-деформационное взаимодействие, обусловленное изменением зонной структуры (ширины запрещённой зоны) под действием УЗ волны, в результате чего появляются области пониж. и повыш. плотности зарядов, между к-рыми возникает электрич. поле, действующее на эл-н проводимости. Такое вз-ствие наблюдается в ряде полупроводников (Ge, Si и др.) и полуметаллов (Bi, Sb, As). Пьезоэлектрическое взаимодействие, возникающее в пъезополупроводниках (CdS, CdSe, ZnS, ZnO, InSb, GaAs и др.) и обусловленное тем, что их деформация сопровождается появлением электрич. поля и, наоборот, электрич. поле вызывает деформацию кристалла. Имеют место и др. механизмы АЭВ.
Электрич. поля, возникающие в кристалле, вызывают электронные токи, к-рые в свою очередь приводят к появлению новых эл.-магн. полей, уменьшающих силу воздействия акустич. волны на эл-ны проводимости, т. е. эти токи экранируют АЭВ. Поэтому результирующая сила, действующая на эл-н, зависит от электропроводности 0 кристалла и частоты УЗ. Экранирование — релаксац. процесс, поэтому эффекты, с ним связанные, характеризуются отношением частоты УЗ к релаксац. частоте c= / ( — диэлектрич. проницаемость). При рассмотрении АЭВ следует также учитывать дебаевское экранирование, обусловленное поляризацией среды, т. е. разделением зарядов, уменьшающих результирующее электрич. поле, к-рое характеризуется отношением длины волны УЗ к дебаевскому радиусу экранирования rд.
В зависимости от соотношения частоты УЗ и частоты столкновений v эл-нов и от соотношения длины волны УЗ и длины свободного пробега эл-нов lе выделяют три характерные области частот для АЭВ: 1) ДВ область (/v<1, lе/<1), где УЗ волна модулирует распределение эл-нов; здесь процессы описываются ур-ниями гидродинамики, поэтому эта область
17
часто наз. гидродинамической; 2) квант. область частот (/v>1, lе/>1), в к-рой АЭВ можно рассматривать как вз-ствие эл-нов и фононов; 3) промежуточная область частот (/v>1;
le/x<1).
Передача энергии УЗ волны эл-нам проводимости приводит к т. н. электронному поглощению УЗ и разогреву электронного газа. Величина электронного поглощения зависит от механизма АЭВ, частоты УЗ, концентрации эл-нов и темп-ры кристалла. В металлах и ПП электронное поглощение изучается при низких темп-рах. Наиболее заметен этот эффект в пьезоэлектриках, где электронное поглощение достигает неск. десятков дБ/см при комнатных темп-pax на частотах 10—100 МГц.
При комнатных темп-pax в металлах и обычных ПП поглощение УЗ, вызванное АЭВ, незначительно по сравнению с другими видами поглощения, напр. с решёточным (фононным). Однако при темп-pax жидкого гелия вклад электронного поглощения заметно возрастает. При переходе металла в сверхпроводящее состояние электронное поглощение резко уменьшается, т. к. уменьшается вз-ствие эл-нов проводимости с крист. решёткой. Магн. поле искривляет траектории эл-нов в металлах, что сказывается на хар-ре АЭВ и приводит к ряду особенностей электронного поглощения УЗ (магнитоакустич. резонанс, квант. осцилляции и т. п.).
В гидродинамич. области частот в пьезополупроводниках при c= наблюдается максимум электронного поглощения и сильная дисперсия УЗ, а фазовые скорости меняются от значения с0 в проводящем кристалле до c0(l+K2/2) в диэлектрике (К — коэфф. электромеханич. связи, c0 — скорость УЗ в отсутствии вз-ствия).
При распространении УЗ волны в пьезополупроводнике происходит передача импульса УЗ волны эл-нам проводимости, что приводит к появлению т. н. акустоэлектрич. тока (Акустоэлектрический эффект). Если к этому кристаллу приложено, кроме того, внешнее постоянное электрич. поле Е, создающее дрейф эл-нов в направлении распространения УЗ, то АЭВ существенно зависит от соотношения скорости дрейфа vд и скорости звука с. При скорости дрейфа носителей заряда vд<c (где vд=Е0, — подвижность носителей, Е0 — напряжённость поля дрейфа) УЗ волна поглощается электронным газом; при vд>c эл-ны отдают свою кинетич. энергию УЗ волне, и её амплитуда возрастает — происходит усиление УЗ. Коэфф. усиления УЗ достигает неск. десятков дБ. Однако практич. применение этого эффекта ограничивается тепловым режимом (перегрев кристалла в непрерывном режиме) и
шумами усилителя УЗ. Использование для усиления УЗ поверхностных акустических волн (ПАВ) позволяет осуществить непрерывный режим усиления, предотвратить самовозбуждение и уменьшить шумы усилителя. АЭВ приводит к ряду нелинейных акустич. эффектов, к-рые особенно заметны в пьезополупроводниках: к генерации акустич. гармоник и встречному вз-ствию УЗ волн, к-рое позволяет осуществлять свёртку, корреляцию и обращение во времени УЗ импульсов, что находит применение в устройствах акустоэлектроники. АЭВ объясняет эффект акустоэлектрического (фононного) «эха» и акустич. «памяти». Неоднородное электрич. поле с частотой (0=0, возникающее при встречном вз-ствии УЗ волн, приводит к перераспределению зарядов на примесных центрах, что позволяет записать и запомнить УЗ сигнал. Электрич. или УЗ импульс, приложенный к кристаллу, через нек-рое время считывает записанную информацию. Подобные эффекты для ПАВ наблюдаются в слоистых структурах пьезоэлектрик — ПП и находят применение в акустоэлектронике.
• П у с т о в о й т В. И., Взаимодействие электронных потоков с упругими волнами решетки, «УФН», 1969, т. 97, в. 2, с. 257; Т р у э л л Р., Э л ь б а у м Ч., Ч и к Б., Ультразвуковые методы в физике твердого тела, пер. с англ., М., 1972; Г у р е в и ч В.Л., Теория акустических свойств пьезоэлектрических полупроводников, «ФТП», 1968, т. 2, № Н, с. 1557; Г у л я е в Ю. В., К нелинейной теории усиления ультразвука в полупроводниках, «ФТТ», 1970, т. 12, в. 2, с. 415. В. Е. Лямов.
Вопрос-ответ:
Похожие слова
Самые популярные термины
1 | 1380 | |
2 | 1051 | |
3 | 994 | |
4 | 943 | |
5 | 925 | |
6 | 827 | |
7 | 801 | |
8 | 801 | |
9 | 712 | |
10 | 709 | |
11 | 689 | |
12 | 637 | |
13 | 626 | |
14 | 614 | |
15 | 533 | |
16 | 523 | |
17 | 517 | |
18 | 501 | |
19 | 483 | |
20 | 479 |