Химия - Эффект Ганна

01 марта 2011


Оглавление:
1. Эффект Ганна
2. Опыт Ганна
3. Диод Ганна



явление возникновения осцилляций тока в однородном многодолинном полупроводнике при приложении к нему сильного электрического поля. Впервые этот эффект наблюдался Джоном Ганном в 1963 г. на арсениде галлия, затем явление осцилляций тока было обнаружено в фосфиде индия, фосфиде галлия и ряде других полупроводниковых соединений.

Физика явления

Зонная структура GaAs в направлении 100

Эффект Ганна может возникнуть в полупроводнике, в котором в зоне проводимости имеется более одного минимума энергии, например в GaAs, InAs. В полупроводниках, зона проводимости которых имеет более одного минимума энергии, электрон с волновым вектором \vec{k}, соответствующим одному из минимумов, при рассеянии может оказаться в состоянии с волновым вектором \vec{k'}, принадлежащим другому минимуму. В результате такого рассеяния будет иметь место переброс электронов из одного минимума зоны проводимости в другой. Такой вид рассеяния получил название междолинного.

Рассмотрим энергетическую структуру GaAs n-типа в направлении. Возможны переходы из минимума А с состоянием \vec{k} в минимум Б с состоянием \vec{k'}. Минимумы А и Б разделены энергетическим интервалом {{{1}}}. Поскольку кривизна долин А и Б разная, эффективные массы электронов в них также различны и равны m_{1}^{*} = 0,068 m_0 и m_{2}^{*} = 1,2 m_0 соответственно. Естественно, подвижность лёгких электронов \mu_{A} \approx 4000 \div 8000  \,{\mathrm{cm}^2 \over \mathrm{V} \cdot \mathrm{s}} выше, чем подвижность тяжелых электронов \mu_{B} \approx 100 \div 200\,  {\mathrm{cm}^2 \over \mathrm{V} \cdot \mathrm{s}}. Плотность состояний в верхней долине примерно в 70 раз выше, чем в нижней.

При малых внешних полях электроны находятся в термодинамическом равновесии с решеткой и, поскольку при обычных температурах k0T < < ΔE, электроны в основном занимают энергетические состояния вблизи минимума А. Плотность тока

\vec{j} = e n_A \mu_{A} \vec{E}

определяется концентрацией лёгких электронов и их подвижностью. В этом случае концентрация электронов n0 = nA, nB = 0. Плотность тока будет линейно возрастать с ростом напряжённости поля до некоторого критического значения \vec{E}_a.

По мере возрастания \vec{E} средняя энергия и скорость электронов повышается, и при E > ΔE становится возможным переход электронов в долину Б. Тогда суммарная концентрация электронов будет n0 = nA + nB. Таким образом, с ростом напряженности от \vec{E}_a до некоторого значения \vec{E}_b будет иметь место уменьшение подвижности электронов, а следовательно, уменьшение \vec{j}, и на вольт-амперной характеристике появится падающий участок. При дальнейшем росте \vec{E} все электроны перейдут в минимум Б, и снова установится линейная ВАХ. n_0 = n_B, \, n_A = 0.



Просмотров: 3686


<<< Экситон