к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Горячие электроны

Горячие электроны (горячие дырки) - подвижные носители заряда в полупроводнике или металле, энергетич. распределение к-рых смещено относительно равновесного при данной температуре T в сторону больших энергий (рис. 1). Носители заряда становятся "горячими", напр., при протекании электрич. тока под действием достаточно сильного пост. или перем. электрич. поля: при этом поле ускоряет большее число носителей, чем тормозит, в результате чего всей электронной системе в целом сообщается дополнит. энергия. Рост энергии электронов ограничен передачей энергии горячих электронов фононам при рассеянии электронов на них (см. Рассеяние носителей заряда ).При каждом значении энергии 1119926-269.jpg уменьшение в единицу времени числа 1119926-270.jpg электронов с энергиями, меньшими 1119926-271.jpg, под действием ускоряющего электрич. поля компенсируется (в стационарных условиях) таким же увеличением 1119926-272.jpg под действием рассеяния электронов на фононах. Это равенство определяет вид функции распределения горячих электронов по энергиям.

1119926-274.jpg

Рис. 1. Распределение электронов (в случае невырожденного электронного газа) по энергиям: 1 - равновесная функция распределения (больцмановская); 2 - распределение Г э (при той же концентрации) при рассеянии их на длинноволновых акустич фононах в электрич. поле 1119926-275.jpg 3 - в электрич. поле Е=2Ер ; 4-в электрич. поле E=3Eр (значение равновесной функции распределения при 1119926-276.jpg принято равным 1).

Степень "разогрева" горячих электронов

Степень "разогрева" горячих электронов характеризуется увеличением их ср. энергии 1119926-273.jpg по сравнению с равновесным значением (равным для невырожденного электронного газа 1119926-277.jpg kT). Оно зависит от напряжённости пост. электрич. поля E (или амплитудного значения при перем. поле), подвижности носителей заряда 1119926-278.jpg и скорости передачи энергии фононам. Эта скорость характеризуется временем 1119926-279.jpg релаксации энергии (за время 1119926-280.jpg горячие электроны "остывают" после выключения электрич. поля). Время 1119926-281.jpg определяет также инерционность процесса разогрева горячих электронов в перем. электрич. поле. По порядку величины увеличение энергии равно:

1119926-282.jpg

где е - заряд электрона. Характерная напряжённость Ep поля, при к-рой эффекты разогрева становятся значительными (ср. энергия 1119926-283.jpg увеличивается примерно на kT), равна:

1119926-284.jpg

При темп-pax порядка Дебая температуры 1119926-285.jpgи выше 1119926-286.jpg, когда значительно рассеяние носителей заряда на фононах с энергией порядка1119926-287.jpg (в частности, на оптич. фононах), время релаксации в типичных полупроводниках1119926-288.jpg10-11 с, а характерное поле Eр~103 В/см. Если же 1119926-289.jpg и энергии носителей малы по сравнению с 1119926-290.jpg, то носители заряда не могут ни поглощать, ни испускать оптич. фононы и рассеивают энергию только на длинноволновых акустич. фононах. Из законов сохранения энергии и квазиимпульса следует, что изменение энергии 1119926-291.jpg носителя заряда в одном акте рассеяния (равное энергии фонона частоты 1119926-292.jpg) : 1119926-293.jpg , где 1119926-294.jpg - эффективная масса электрона, s - скорость звука. В типичных случаях 1119926-295.jpg К и, следовательно, 1119926-296.jpg, так что относит. изменение энергии носителя заряда при рассеянии очень мало. Если к тому же 1119926-297.jpg, то вероятность испускания фонона и уменьшения энергии носителя лишь ненамного превосходит вероятность поглощения фонона, при к-ром энергия носителя увеличивается. В этом случае изменение энергии носит диффузионный характер: носитель заряда то испускает, то поглощает фононы. Малое относит. изменение энергии носителя при каждом соударении и малое превышение вероятности испускания фонона над вероятностью его поглощения, т. н. эффекты малой неупругости столкновений с акустич. фононами, приводят к тому, что энергия носителей эффективно рассеивается лишь за большое число столкновений. В результате 1119926-298.jpg, где1119926-299.jpg - время между столкновениями носителей заряда с фононами; подвижность 1119926-300.jpg. Время 1119926-301.jpg достигает 3*10-7 с в InSb n-типа при температуре 4-6 К; характерное электрич. поле в этом случае Eр1119926-302.jpg0,1 В/см.

Электронная температура

Если при низких температурах 1119926-303.jpg частота межэлектронных соударений 1119926-304.jpg , эффективно перераспределяющих энергию между горячими электронами, велика по сравнению с 1119926-305.jpg, то функция распределения горячих электронов по энергии с точностью до малых величин порядка отношения 1119926-306.jpg имеет вид равновесной функции распределения с нек-рой температурой 1119926-307.jpg, к-рую наз. электронной температурой 1119926-308.jpg. Её величина определяется равенством джоулевой мощности и мощности, передаваемой от горячих электронов фононам.

С увеличением электрич. поля растёт как скорость направленного движения (дрейфа) горячих электронов 1119926-309.jpg, так и скорость их хаотич. теплового движения 1119926-310.jpg. При малой неупругости рассеяния на фононах скорость 1119926-311.jpg остаётся большой по сравнению с 1119926-312.jpg даже в сильных полях, что позволяет найти функцию распределения горячих электронов по энергии в аналитич. виде и зависимость 1119926-313.jpg от E. При большой же неупругости 1119926-314.jpg в сильных полях-величины одного порядка и аналитич. решение получить не удаётся.

Отклонения от закона Ома

Основной эффект, в к-ром проявляется разогрев носителей заряда в полупроводниках с ростом электрич. поля,- изменение электропроводности и отклонение вольт-амперной характеристики (BAX) полупроводников от линейной, т. е. от закона Ома (рис. 2). Если электропроводность с ростом поля увеличивается, то BAX наз. суперлинейной, если же падает,- сублинейной.


1119926-315.jpg

Рис. 2. Различные виды вольт-амперных характеристик полупроводников в сильных электрических полях: 1 -линейная (омическая); 2 -сублинейная; 3 - суперлинейная; 4 - N-образная; 5 - S-образная.

Электропроводность может изменяться с полем из-за зависимости подвижности горячих электронов и (или) их концентрации от поля. Эффективная подвижность изменяется из-за того, что время релаксации горячих электронов, как правило, зависит от энергии электронов, к-рая обычно растёт с ростом электрич. поля. При рассеянии горячих электронов на заряж. примеси подвижность увеличивается с полем, а при их рассеянии на фононах-падает. Кроме того, горячие электроны, приобретая достаточно большую энергию, переходят в более высокие долины зоны проводимости (см. Многодолинные полупроводники ),в к-рых их подвижность меньше (механизм Ридли - Уоткинса - Xилсама). Это имеет место в GaAs и InP га-типа и др. полупроводниках в сильных полях.

Концентрация носителей заряда в электрич. поле изменяется из-за ударной генерации электронно-дырочных пар или ударной ионизации примесных атомов, а также из-за изменения скорости рекомбинации носителей заряда или скорости их захвата примесными центрами. Обычно захват электронов происходит положит. ионами. При этом скорость захвата падает с ростом электрич. поля (разогрева) и концентрация электронов проводимости растёт. Если же примесные центры заряжены отрицательно, то электрон, чтобы оказаться захваченным, должен преодолеть энергетич. барьер. Поэтому с ростом электрич. поля и увеличением энергии горячих электронов скорость захвата электронов растёт и концентрация их падает (эффект наблюдается в Ge га-типа с примесями Cu и Au).

При достаточно быстром падении электропроводности с ростом электрич. поля на BAX появляется падающий участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. BAX имеет N-образный вид (наблюдается Ганна эффект ).В тех же случаях, когда электропроводность с полем, наоборот, быстро растёт, BAX может стать S-образной. При этом как следствие возникает шнурование тока в полупроводниках. Если при приближении напряжения к нек-рому критич. значению ток растёт аномально круто, то имеет место электрич. пробой - межзонный или примесный.

Другие эффекты, связанные с разогревом электронов

  1. В сильном электрич. поле электропроводность полупроводников кубич. сингонии становится анизотропной даже в отсутствие магн. поля (в слабых полях она изотропна). Это связано преим. с разной заселённостью горячих электронов долин зоны проводимости.
  2. Изменяются коэфф. диффузии и спектральная плотность флуктуации тока (см. Флуктуации электрические); возникает анизотропия этих величин даже при изотропной зависимости энергии электронов от квазиимпульса (характеристики шума, измеренные вдоль и поперёк тока, разные).
  3. Наблюдается эмиссия горячих электронов в вакуум из ненагретых полупроводников. 4) Возникает эдс при однородной температуре кристалла, но неоднородном разогреве электронов.

Если разогрев электронов мал, но наблюдаем по разл. эффектам, электроны наз. тёплыми.

Носители заряда разогреваются не только пост. током, но также при поглощении ими эл.- магн. излучения. Возникающее при этом изменение электропроводности полупроводника представляет собой один из механизмов фотопроводимости и используется для создания чувствительных приёмников излучения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Горячие электроны возникают также при генерации носителей заряда светом с энергией фотонов 1119926-316.jpg, превышающей ширину запрещённой зоны 1119926-317.jpg на величину, значительно большую kT, а также (в случае примесных полупроводников) светом с энергией фотонов, существенно превышающей энергию ионизации примесных центров (фоторазогрев). Часть фотоэлектронов, создаваемых в полупроводнике р-типа светом с 1119926-318.jpg , рекомбинирует с дырками (см. Рекомбинация носителей заряда), оставаясь ещё "горячими" (т. е. до термализации). Эта рекомбинация является источником горячей люминесценции.

Литература по горячим электронам

  1. Конуэлл Э., Кинетические свойства полупроводников в сильных электрических полях, пер. с англ., M., 1970;
  2. Денис В., Пожела Ю., Горячие электроны, Вильнюс, 1971;
  3. Бонч-Бруевич В. Л., Калашников С. Г., Физика полупроводников, M., 1977.

Ш. M. Коган

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что любой разумный человек скажет, что не может быть улыбки без кота и дыма без огня, что-то там, в космосе, должно быть, теплое, излучающее ЭМ-волны, соответствующее температуре 2.7ºК. Действительно, наблюдаемое космическое микроволновое излучение (CMB) есть тепловое излучение частиц эфира, имеющих температуру 2.7ºK. Еще в начале ХХ века великие химики и физики Д. И. Менделеев и Вальтер Нернст предсказали, что такое излучение (температура) должно обнаруживаться в космосе. В 1933 году проф. Эрих Регенер из Штуттгарта с помощью стратосферных зондов измерил эту температуру. Его измерения дали 2.8ºK - практически точное современное значение. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 13.06.2019 - 05:11: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОЙ ГИБЕЛИ ПЧЁЛ И ДРУГИХ ОПЫЛИТЕЛЕЙ РАСТЕНИЙ - Карим_Хайдаров.
12.06.2019 - 09:05: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:05: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА - Experimental Physics -> Эксперименты Сёрла и его последователей с магнитами - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Маклакова - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:18: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 06:28: АСТРОФИЗИКА - Astrophysics -> К 110 летию Тунгуской катастрофы - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 21:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:27: СОВЕСТЬ - Conscience -> Высший разум - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:24: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:14: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 08:40: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution