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 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 ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 09.04.2020 - 19:52: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
09.04.2020 - 19:49: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
09.04.2020 - 19:47: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
09.04.2020 - 11:27: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
08.04.2020 - 09:59: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
06.04.2020 - 20:11: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
06.04.2020 - 16:02: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
06.04.2020 - 09:00: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> КОМПЬЮТЕРНО-СЕТЕВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
06.04.2020 - 08:57: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> БЛЕФЫ ДАРВИНИСТСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ - Карим_Хайдаров.
06.04.2020 - 08:54: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от проф. В.Ю. Катасонова - Карим_Хайдаров.
05.04.2020 - 08:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
03.04.2020 - 14:10: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Фурсова - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution