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  

Ганна эффект

Ганна эффект - генерация высокочастотных колебаний электрич. тока в полупроводниках с N-образной объёмной вольтамперной характеристикой (рис. 1).

1119921-574.jpg

Рис. 1. N-образная вольтамперная характеристика j(E). Пунктиром изображена ветвь, к-рая не наблюдается в типичных полупроводниках, где возникает эффект Ганна.

Обнаружен в 1963 Дж. Б. Ганном (J. В. Gunn) в GaAs и InP с электронной проводимостью. Генерация возникает, если пост. напряжение U, приложенное к образцу длиной l, таково, что ср. электрич. поле в образце E=U/I соответствует падающему участку вольтамперной характеристики (зависимости плотности тока j от напряжённости электрич. поля E), на к-ром дифференц. сопротивление dE/dj отрицательно (см. Отрицательное дифференциальное сопротивление ).Колебания тока имеют вид периодич. последовательности импульсов (рис. 2), их частота увеличивается с уменьшением l (в достаточно длинных образцах как l-1, см. ниже).

Г. э. наблюдается гл. обр. в т. н. многодолинных полупроводниках, зона проводимости к-рых состоит из одной ниж. долины и одной или неск. верх. долин. Подвижность электронов в верх. долинах значительно меньше, чем в ниж. долине. В сильных электрич. полях происходит разогрев электронов (см. Горячие электроны)и часть электронов переходит из ниж. долины в верхние, вследствие чего ср. подвижность носителей заряда и электропроводность падают. Это приводит к падению плотности тока с ростом E в полях, превышающих нек-рое критич. поле Екр.

Г. э. вызван тем, что в образце в режиме пост. напряжения периодически возникает, перемещается по нему и исчезает область сильного электрич. поля, наз. электрич. доменом или доменом Ганна. Домен возникает потому, что однородное распределение электрич. поля вдоль образца неустойчиво в том случае, когда объёмное дифференц. сопротивление отрицательно. Действительно, пусть в полупроводнике случайно возникло неоднородное распределение концентрации электронов в виде дипольного слоя: в одной области концентрация увеличилась, а в другой - ниже по течению электронов - уменьшилась (рис. 3). Между этими заряженными областями возникает дополнит. электрич. поле 1119921-577.jpg (как между обкладками конденсатора), к-рое добавляется к внешнему, так что поле внутри дипольного слоя больше, чем вне его. Если дифференц. сопротивление положительно, т. е. ток растёт с ростом поля, то и ток внутри слоя больше, чем вне его. Поэтому, напр., из области с повышенной плотностью электронов они вытекают в большем кол-ве, чем втекают, в результате чего возникшая случайно неоднородность рассасывается. Если же дифференц. сопротивление отрицательное (ток падает с ростом поля), то плотность тока меньше там, где поле больше, т. е. внутри слоя. Первоначально возникшая неоднородность не рассасывается, а, напротив, нарастает. Растёт и падение напряжения на дипольном слое, а вне его падает (т. к. полное напряжение на образце задано). В конце концов образуется стационарный электрич. домен, движущийся с пост. скоростью. T. к. домен образован электронами проводимости, он движется в направлении их дрейфа со скоростью 1119921-580.jpg, близкой к дрейфовой скорости носителей вне домена. На переднем фронте домена - обеднённый (электронами) слой, на заднем - обогащённый слой (рис. 4). Вне домена электрич. поле меньше критич. поля 1119921-581.jpg, благодаря чему новые домены не образуются. Устойчивое состояние образца - состояние с одним доменом.

1119921-575.jpg

Рис. 2. Форма колебаний тока j (t) в случае эффекта Ганна.

1119921-576.jpg

Рис. 3. Разделение зарядов при развитии неустойчивости и образовании домена. Электроны движутся против поля Е.

1119921-578.jpg

Рис. 4. Распределение электрического поля E (сплошная кривая) и плотности заряда 1119921-579.jpg (пунктир) в домене Ганна, движущемся слева направо в полупроводнике р-типа.


Обычно домен возникает вблизи катода и, дойдя до анода, исчезает. По мере его исчезновения падение напряжения на домене уменьшается, а на остальной части образца соответственно растёт. Вместе с увеличением поля вне домена растёт и ток в образце. По мере приближения этого поля к Екр плотность тока j приближается к jкр (рис. 1). Когда поле вне домена становится больше Екр, у катода начинает формироваться новый домен, ток падает и процесс повторяется. Частота колебаний тока в длинных образцах, когда временем формирования домена можно пренебречь, 1119921-582.jpg , в отличие от генерации колебаний в др. приборах с N-образной вольтамперной характеристикой, например в цепи с туннельным диодом, где генерация не связана с образованием и движением доменов, а частота колебаний определяется ёмкостью и индуктивностью цепи (см. Генератор электромагнитных колебаний).

Характерное время нарастания возмущений, приводящих к образованию домена, равно т. н. максвелловскому времени 1119921-583.jpg , где 1119921-584.jpg - диэлектрич. проницаемость кристалла, дифференциальная проводимость 1119921-585.jpg , п - концентрация носителей заряда, дифференц. подвижность носителей 1119921-586.jpg , е - заряд электрона. В коротком образце стационарный домен может вообще не сформироваться. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, росту домена препятствует диффузия электронов: домен образуется, если 1119921-587.jpg, где D - коэф. диффузии электронов. Во-вторых, домен при нарастании "сносится" в направлении потока осн. носителей заряда. Поэтому стационарный домен успеет сформироваться, если 1119921-588.jpg. Это условие обычно жёстче предыдущего. Его можно переписать в виде т. н. критерия Крёмера: 1119921-589.jpg. T. о., движение стационарных доменов может наблюдаться в достаточно длинных образцах с достаточно высокой концентрацией носителей заряда. В более коротких образцах, длина которых меньше размера домена, тоже возникают колебания тока, вызываемые колебаниями плотности объёмного заряда, которые можно рассматривать как движение неполностью сформировавшихся доменов Ганна.

В GaAs n-типа поле Екр~3*103 В/см, скорость v~107 см/с, размер домена неск. мкм, поле в нём 40-200 кВ/см, наименьшая величина произведения nl (она соответствует макс. величине1119921-590.jpg при нек-ром поле E>Eкр)равна ~3*1011 см-2. При I=1 мм - 5 мкм частота колебаний тока f=0,1-20 ГГц.

Г. э. наблюдается помимо GaAs и InP также в др. полупроводниках с электронной проводимостью: InSb, CdTe, Ge, InxGa1-xAs, GaSbxAs1-x, GaxIn1-xSb, GaAsxP1_х и др., а также в одноосно-деформированном Ge с дырочной проводимостью. Г. э. используется для создания генераторов и усилителей СВЧ (см. Ганна диод).

Литература по Ганна эффекту

  1. Ганн Дж., Эффект Ганна, [пер. с англ.], "УФН", 1966, т. 89, с. 147;
  2. Волков А.Ф., Коган Ш. M., Физические явления в полупроводниках с отрицательной дифференциальной проводимостью, там же, 1968, т. 96, с. 633;
  3. Левинштейн М. E., Пожелаю. К., Шур M. С., Эффект Ганна, M., 1975.

А. Ф. Волков, Ш. M. Коган

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

Знаете ли Вы, что в 1965 году два американца Пензиас (эмигрант из Германии) и Вильсон заявили, что они открыли излучение космоса. Через несколько лет им дали Нобелевскую премию, как-будто никто не знал работ Э. Регенера, измерившего температуру космического пространства с помощью запуска болометра в стратосферу в 1933 г.? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 19.10.2019 - 18:18: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Марины Мелиховой - Карим_Хайдаров.
18.10.2019 - 14:00: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биохимия мозга от проф. С.В. Савельева и не только - Карим_Хайдаров.
18.10.2019 - 07:39: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
18.10.2019 - 07:34: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
18.10.2019 - 07:26: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
17.10.2019 - 18:29: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА - Experimental Physics -> Ядерные эксперименты - Карим_Хайдаров.
17.10.2019 - 06:07: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
17.10.2019 - 06:05: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> КОМПЬЮТЕРНО-СЕТЕВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
17.10.2019 - 06:01: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров.
16.10.2019 - 19:24: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
13.10.2019 - 18:09: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
13.10.2019 - 08:05: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution