Эффект Сасаки - Шибуйя - анизотропия электропроводности полупроводниковых кристаллов кубич. сингонии в сильных (греющих) электрич. полях (см. Горячие электроны). Предсказан М. Шибуйя в 1953, обнаружен в кристаллах n-Ge в 1956 В. Сасаки и Шибуйя. Различают продольный и поперечный
Рис. 1. Схема установки для измерения эффекта Сасаки - Шибуйя: l, l' - токовые контакты; t, t' - электроды для измерения эдс Сасаки (поля Et).
Продольный эффект Сасаки - Шибуйя состоит в различии вольт-амперных характеристик (ВАХ) однородных длинных кристаллич. образцов при разных направлениях тока (обычно такие образцы вырезают вдоль кристаллографич. осей [100], [111], [110]). В слабых полях все ВАХ имеют одинаковый наклон. В сильных полях наклон различен; с понижением температуры это различие, как правило, усиливается, и иногда для нек-рых направлений возникают участки с отрицательным дифференциальным сопротивлением.
Поперечный Эффект Сасаки - Шибуйя состоит в возникновении в сильных полях в образцах, вырезанных вдоль произвольных направлений, отличных от осей симметрии, поперечной эдс (эдс Сасаки). Она фиксирует появление угла между направлениями электрич. тока )и напряжённости электрич. поля Е (угол Сасаки). Эдс Сасаки измеряется так же, как эдс Холла (см. Холла эффект),но в отсутствие магн. поля (рис. 1). Наряду с измерениями в пост, электрич. полях (импульсных - во избежание разогрева джоулевым теплом) для исследования анизотропии проводимости горячих электронов использованы СВЧ-поля.
Эффект Сасаки - Шибуйя объясняется анизотропией закона дисперсии горячих носителей
заряда
,
где
- энергия
носителей заряда,
- их квазиимпульс .Наиб. чётко он выражен в многодолинных полупроводниках благодаря
междолинному перераспределению носителей заряда, вызываемому их разл. нагревом
в разных долинах.
В многодолинных полупроводниках минимум энергии в зоне проводимости
(или максимум в валентной зоне) достигается не при р = 0, а сразу
в неск. эквивалентных точках приведённой Бриллюэна зоны, напр. в
4 точках L на её поверхности в n-Ge и халькогенидах Pb (PbS, PbSe,
PbTe); в 6 точках (на
-осях)
в и-Si и алмазе. Большая величина эффекта Сасаки - Шибуйя связана с сильной анизотропией
спектра электронов
в каждой из долин, где изоэнергетич. поверхность электрона
имеет форму сфероида (эллипсоида вращения) с большой эфф. массой т, вдоль
оси вращения и с малой
поперёк
оси. Если электрич. поле направлено так, что образует разл. углы
с осями вращения эллипсоидов в разл. долинах
, то электроны в долинах разогреваются по-разному, причём сильнее всего
в тех долинах, в к-рых углы
оказываются наибольшими (рис. 2).
Разл. нагрев электронного газа приводит, во-первых, к разл. скорости
рассеяния электронов в разл. долинах, определяющей при низких темп-pax
подвижности носителей заряда; во-вторых, к разл. скорости перехода электронов
из горячих долин в холодные, что определяет заполнение долин электронами.
Оба эффекта связаны с энергетич. зависимостью вероятностей рассеяния
носителей заряда (внутри- и междолинного). В чистых и структурно совершенных
кристаллах преобладает междолинное рассеяние с испусканием и поглощением
коротковолновых фононов .Вероятность такого рассеяния растёт с ростом
энергии электрона
,
так что более разогретые долины опустошаются, а менее разогретые избыточно
заполняются электронами. В результате, напр., в n-Ge в одинаковом электрич.
поле токи
; в n-Si токи
(нормальный эффект Сасаки - Шибуйя).
Рис. 2. Двухдолинная модель с различными эффективными массами т для данного направления поля Е.
В легированных полупроводниках при низких темп-pax доминирует междолинное рассеяние на примесных центрах и дефектах. Вероятность рассеяния в этом случае может спадать с ростом энергии электронов, так что сильнее разогретые долины избыточно наполняются, а менее разогретые - опустошаются. К тому же внутридолинное рассеяние на заряж. примесях способствует росту подвижности с разогревом. Это сочетание приводит к т. н. аномальному эффекту Сасаки - Шибуйя, при к-ром неравенства изменяют знак, т. е. n-Ge ведёт себя, как n-Si (и наоборот).
Анизотропия закона дисперсии возникает в p-Ge и p-Si из-за гофрировки
изоэнергетич. поверхностей валентных зон (в особенности зоны тяжёлых дырок),
связанной с их вырождением в точке зонной диаграммы
(см. Зонная теория).
Рис. 3. Поперечная эдс Са-саки в зависимости от угла 
между полем Е в плоскости (001) и кристаллографической осью [100].
При переходе от нормального эффекта Сасаки - Шибуйя к аномальному изменяется также
знак поперечной эдс Сасаки. На рис. 3 представлена зависимость поперечного
поля Et (при заданном продольном поле Е)от угла
между
направлением тока j, лежащего в плоскости симметрии (011), и осью
симметрии [100]. При токе, направленном вдоль осей [100], [111], [001],
поперечное поле Et отсутствует. Знак Et
различен у Ge и Si при нормальном эффекте Сасаки - Шибуйя и изменяется с переходом к
аномальному эффекту.
В чистых полупроводниках при достаточно низких темп-pax (в n-Si при
Т
= 55 К) в определ. диапазоне Е положение поля Etв
плоскости (011) неустойчиво. В частности, в n-Si при j вдоль оси
[011] неустойчиво значение Et = 0 при
а устойчивыми оказываются два ненулевых, равных по величине и противоположно
направленных поля, параллельных осям [011] и [011]. Этим двум значениям
Et соответствуют преимущественные заполнения электронами долин с осями
вращения эллипсоидов вдоль оси [010] или [001]. В результате в одном образце
могут сосуществовать области (домены) с разл. устойчивыми значениями Et, разделённые доменными стенками. При токе вдоль оси [011] домены имеют
вид слоев, параллельных плоскости (011), с чередующимися по знаку полями
Et. Для тока вдоль оси [111] есть 3 равных Et,
направленных под углами 120° друг к другу (многозначный эффект Сасаки).
Кроме разогревного механизма эффекта Сасаки - Шибуйя возможен стрикционный механизм: электрич. поле вызывает анизотропную деформацию кристалла, к-рая по-разному изменяет энергетич. положение долин. Этот механизм доминирует в многодолинных полупроводниках с высокой диэлектрич. проницаемостью (напр., в ВаТiO3).
3. С. Грибников
Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.
Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").
Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.
Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.
Понятие "мысленный эксперимент" придумано специально спекулянтами - релятивистами для шулерской подмены реальной проверки мысли на практике (эксперимента) своим "честным словом". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
|
|
 |
