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  

Многодолинные полупроводники

Многодолинные полупроводники - полупроводники с гл. экстремумом энергетич. зоны (дном зоны проводимости3031-77.jpgили вершиной валентной зоны 3031-78.jpg , расположенным в точке импульсного пространства с3031-79.jpg(см. Зонная теория). В этом случае существует не один, а неск. эквивалентных экстремумов, причём изоэнергетич. поверхности, построенные вблизи них,- эллипсоиды, переходящие друг в друга при преобразованиях симметрии Бриллюэна зоны. Окрестности эквивалентных экстремумов с эллипсоидальными изоэнергетич. поверхностями получили назв. д ОПH н. Энергетич. спектр такого полупроводника наз. многодолинным. Эллипсоидам соответствует анизотропный закон дисперсии носителей заряда 3031-80.jpg , записанный в осях эллипсоида:


3031-81.jpg


где квазиимпульс3031-82.jpgотсчитывается от экстремума a-й долины,- 3031-83.jpgгл. значения тензора обратной эффективной массы в долине. Если экстремумы расположены на осях симметрии 3-го и 4-го порядков зоны Бриллюэна, то две из трёх масс совпадают. При этом изоэнергетич. поверхности - эллипсоиды вращения с осями вращения, совпадающими с осями симметрии кристалла (рис. 1). Общая изоэнергетич. поверхность 3031-84.jpg - совокупность эллипсоидов.

В состоянии термодинамич. равновесия носители заряда распределены поровну между долинами; поэтому в M. п. неск. (по числу долин) типов носителей. Они имеют одинаковые минимумы (или максимумы) энергии и в этом смысле эквивалентны. Однако эфф. массы и, следовательно, подвижности при данном направлении движения носителей различны для разных долин [1].


3031-85.jpg


Анизотропия подвижности не нарушает симметрии равновесных элсктрич., магн., эл--механич. и др. свойств кристалла, т. к. они определяются суммарным вкладом всех эквивалентных долин. Напр., в кристаллах кубич. сингонии электропроводность и постоянная Холла в слабых полях изотропны.

Анизотропные свойства носителей в долинах проявляются при исследовании циклотронного резонанса, частота к-рого 3031-86.jpg где Н - напряжённость магн. поля, е - заряд электрона, те - циклотронная эфф. масса, определяемая в случае эллипсоидальных изоэнергетич. поверхностей соотношением где3031-88.jpg- продольная эфф. масса (вдоль оси эллипсоида), 3031-89.jpg- поперечная масса, 3031-90.jpg- угол между осью и H. T. к. угол 3031-91.jpg для разл. долин разный, то 3031-92.jpgв разных долинах также различны.



3031-87.jpg



Др. способ идентификации анизотропии носителей в долинах даёт анизотропия магнетосопротивления. В случае изотропного закона дисперсии носителей поперечное магнетосопротивление изотропно, а продольное отсутствует. В M. п. они оба отличны от О и анизотропны, причём характер анизотропии зависит от расположения долин в зоне Бриллюэна.

Междолинное перераспределение носителей. Эквивалентность долин может быть нарушена внеш. воздействием, напр, одностороннее сжатие кристалла вызывает разл. энергетич. смещение эквивалентных максимумов. В результате энергия носителей в одних долинах увеличивается, в других уменьшается. При этом равновесное заполнение долин становится неодинаковый, и при относительно налой деформации можно достичь (при низких темп-pax) заполнения долин только одного типа за счёт полного опустошения остальных [2].

Перераспределение носителей между долинами можно получить в сильном электрич. поле, направленном под разл. углами к осям долин. При этом носители из разных долин "нагреваются" полем по-разному (см. Горячие электроны)и с разл. скоростью покидают "свои" долины, переходя в "чужие". Возникающее перезаселение долин приводит к большим нелинейным восприимчивостям M. п. в сравнительно слабых электрич. полях. С этим связаны такие эффекты, как анизотропия электропроводности в "греющих" электрич. полях (см. Сасаки - Шабуйя эффект], нечётное по H магнитосопротивление (в т. ч. линейное) и чётный по H Холла эффект С .междолинным перераспределением носителей связаны также специфические для M. п. механизмы акустоэлектрического эффекта, поглощения звука, электрич. шумов, а также размерные эффекты [3]. Условия междолинного перераспределения, ответственного за большую величину этих эффектов: а) редкие переходы носителей из одной долины в другую по сравнению с внутридолинными переходами; б) слабый энергообмен между носителями из разных долин (по сравнению с их энергообменом с фононами), достигаемый при малой концентрации носителей [4].

M. п. с эквивалентными долинами. К ним относятся три важнейших полупроводника с решёткой алмаза: алмаз, Ge, Si n-типа. В Ge наинизшие минимумы зоны проводимости находятся на краю зоны Бриллюэна в L-точках (в точках пересечения осей [111] с границей зоны Бриллюэна, рис. 2); в окрестностях этих точек образуется 4 долины (L-долины), причём в пределах зоны Бриллюэна каждая изоэнергетич. поверхность состоит из 8 полуэллипсоидов вращения. В долинах вдоль осей [111] 3031-93.jpgв 19 раз превышает3031-94.jpgВ алмазе и Si наинизшие экстремумы зоны проводимости располагаются на осях типа [100] 3031-95.jpg сравнительно близко к границе зоны Бриллюэна, но не на ней, наинизшими являются 6 долин, попарно расположенных на осях [100], [010] и [001]. Носители в соосной паре долин ничем не отличаются друг от друга, такая пара долин может рассматриваться как одна с удвоенной плотностью состояний, а рассеяние носителей между долинами пары - как внутридолинное рассеяние.


3031-96.jpg


К M. п. относятся также кристаллы с решёткой сфалерита: электронные BN, GaP, AlSb. Наинизшие минимумы зоны расположены па 3031-97.jpg-осях [100], однако на границе (или почти на границе) зоны Бриллюэна (X-долины). При расположении минимумов почти на краю зоны (GaP) 2 эллипсоидальные изоэнергетич. поверхности при незначит. возрастании энергии носителей сливаются в одну неэллипсоидальную (рис. 3). Многодолинную структуру имеют также PbS, PbSe, PbTe, где электронные и дырочные долины расположены друг под другом в L-точках, p все полуметаллы.

Неэквивалентные долины. Термин "М. п." применяют также к электронным полупроводникам с дном зоны проводимости3031-98.jpgпри k = 0 (в центре зоны Брпллюэна Г) в случае, когда в сравнительно малом энергетич. удалении от3031-99.jpgесть более высокие минимумы3031-100.jpg (M. п. с неэквивалентными долинами). К таким полупроводникам относятся GaSb, InP и др. При термодинамич. равновесии все электроны располагаются вблизи дна зоны проводимости (в изотропной Г-долине). При разогреве носителей электрич. полем происходит междолинное перезаселение с неравновесным заполнением более высоких долин, где электроны "тяжелее" и, следовательно, плотность состояний больше, чем в Г-долине. Следствием такого перезаселения является (в частности) Ганна эффект ,в основе к-рого лежит N-образный вид статической вольтамперной характеристики (BAX) M. п. с неэквивалентными долинами. Падающая ветвь BAX обусловлена "потяжелением" электронов и уменьшением их подвижности из-за ухода в верхние долины.

Аналог эффекта Ганна наблюдается также и в M. п. с эквивалентными долинами, где BAX при токе в направлении, совпадающем с направлением большой эфф. массы одной из долин ([100] в re-Si и [111] в n-Ge), также имеет падающий участок из-за ухода электронов в эту долину из др. долин, т. к. в них электроны сильнее разогреваются (эффект Рывки на - Кастальского).

Литература по многодолинным полупроводникам

  1. Ансельм А. И., Введение в теорию полупровод, нпкоа, 2 изд., М., 1978;
  2. Бир Г. Л., Пикус Г. E., Симметрия и деформационные эффекты в полупроводниках, M., 1972;
  3. Бонч-Бруевич В. Л., Калашников С. Г., Физика полупроводников, М. 1977
  4. Гантмахер В. Ф., Левинсон И. Б., Рассеяние носителей тока в металлах и полупроводниках, M., 1984;
  5. Pашба Э. И., Грибников 3. С., Кравченко В. Я., Анизотропные размерные эффекты в полупроводниках и полуметаллах, "УФН", 1976, т. 119, с. 3:
  6. Смит Р., Полупроводники, пер, с англ., 2 изд., М., 1982;
  7. Цидильковский И. M., Зонная структура полупроводников, M., 1978;

3. С. Грибников

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

поделиться этой страницей в соцсети
VK
OK

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что релятивистское объяснение феномену CMB (космическому микроволновому излучению) придумал человек выдающейся фантазии Иосиф Шкловский (помните книжку миллионного тиража "Вселенная, жизнь, разум"?). Он выдвинул совершенно абсурдную идею, заключавшуюся в том, что это есть "реликтовое" излучение, оставшееся после "Большого Взрыва", то есть от момента "рождения" Вселенной. Хотя из простой логики следует, что Вселенная есть всё, а значит, у нее нет ни начала, ни конца... Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 20.01.2021 - 04:59: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Анны ван Дэнски - Карим_Хайдаров.
19.01.2021 - 12:55: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
18.01.2021 - 11:33: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
18.01.2021 - 09:05: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
18.01.2021 - 08:21: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Александра Флоридского - Карим_Хайдаров.
17.01.2021 - 17:59: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
17.01.2021 - 16:46: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
17.01.2021 - 16:00: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
15.01.2021 - 09:03: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ФАЛЬСИФИКАЦИЯ ИСТОРИИ - Карим_Хайдаров.
15.01.2021 - 09:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Фурсова - Карим_Хайдаров.
15.01.2021 - 08:20: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
15.01.2021 - 08:19: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution