Тензорезистивный эффект, пьезосопротивление. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Тензорезистивный эффект, пьезосопротивление

Тензорезистивный эффект, пьезосопротивление - изменение сопротивления (проводимости s) кристаллов под действием всестороннего cжатия (pастяжения) или одноосной деформации Особенно велик Т э в полупроводниках (открыт Ч Смитом в 1947 в Ge и Si [1]) где он связан с изменением энергетич спектра носителей заря да при деформации в частности с изменением ширины запрещенной зоны и энергии ионизации примесных уровней, с относит изменением энергии отд долин в многодо линных полупроводниках, с расщеплением дырочных зон, к рые в отсутствие деформации вырождены, с изменением эффективной массы носителей заряда (см Зонная теория)Все это приводит к изменению концентрации и подвижности носителей заряда

Линейный Т э (малые деформации) описывается т.н. тензорами эластосопротивления т_abgd или пьезосопротивления p_abgd, связывающими относит измене ние проводимости Ds/s₀ (s₀-проводимость в отсутствие деформаций) с тензором деформации u_gд или тензором упругого напряжения P_gd

Учитывая симметрию относительно перестановки индек сов s и u (Р), обычно используют матричные обозначения, вводя вместо двух пар индексов a, b и g, d соответственно два индекса n и т, пробегающие значения от 1 до 6 Тензорным обозначениям a, b или g, d равным 11, 22, 33, 23, 13, 12, соответствуют матричные обозначения т или n

кристаллах отличны от 0 три компоненты эластосопротив-тения т и пьезосопротивления p, связанные друг с другом соотношениями

где S_mn - компоненты тензора коэф упругости

В собств полупроводниках осн. механизмом, ответственным за Т. э , является изменение концентрации носителей заряда, вызываемое изменением ширины запрещенной зоны В примесных полупроводниках Т э обычно вызываются изменением спектра носителей заряда в результате расщепления вырожденной зоны при одноосных деформациях, изменяющих симметрию кристалла

В многодолинных полупроводниках вырождение снимается в результате смещения долин (изоэнергетич по верхностей - эллипсоидов) относительно друг друга при деформациях, нарушающих их эквивалентность Соответственно в n-Gе, где эллипсоиды в импульсном пространстве расположены на осях [111], большой является компонента т₄₄(p₄₄)·, в n S₁ они расположены на осях [100] и большая компонента m₁₁ - m₁₂ (p₁₁- p₁₂) Эти компоненты определяются значениями константы деформац потен циала

и соответственно равны [2, 3 ]

где k=m_|/m_|-коэф анизотропии подвижности носителей заряда для одного экстремума (долины) зоны (m_|-подвижность вдоль оси вращения эллипсоида, m_|-поперек)

В полупроводниках с вырожденными зонами типа p-Ge или p-Si Т. э. обусловлен расщеплением валентной зоны в точке p = 0 спектра дырок E(p)и изменением спектра вблизи экстремума. Большой Т;э. наблюдается при всех одноосных деформациях [3 ].

При больших деформациях, когда относит, смещение долин в многодолинных полупроводниках или расщепление вырожденной зоны в точке p = 0 становятся сравнимыми с kT, Т. э. становится нелинейным по деформации; при достаточно больших деформациях, когда все носители "пе-ретекают" в ниж. экстремумы, сопротивление практически "выходит на насыщение" (перестаёт меняться). При прыжковой проводимости большая величина Ds/s обусловлена изменением перекрытия волновых функций, вызываемым изменением спектра носителей заряда.

Литература по

Smith С. S., Piezoresistance in germanium and silicon, "Phys, Rev.", 1954, v. 94, p. 42; 2) Morin F. J., Geballe Т. Н., Herring C, Temperature dependence of the piezoresistance of high purity silicon and germanium, "Phys. Rev.", 1957, v. 105, p. 525: 3) Вир Г, Л., Пикус Г. Е., Симметрия и деформационные эффекты в полупроводниках, М., 1972; 4) Глаговский Б. А., Пивен И. Д. , Электротензометры сопротивления, 2 изд., Л., 1972; 5) Полякова А. Л., Физические принципы работы полупроводниковых датчиков механических величин, "Акуст. ж.", 1972, т. 18, в. 1, с. 1; 6) Най Дж., Физические свойства кристаллов и их описание при помощи тензоров и матриц, пер. с англ., 2 изд., М., 1967.

Г. Е, Пикус.

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 ФОРУМА

Рыцари теории эфира