Cтраница 4
Одно из объяснений эффекта Ганна может состоять в следующем. При наложении электрического поля электроны переходят в более высокие энергетические состояния, температура электронного газа повышается. Предположим, что зона проводимости имеет минимумы энергии, лежащие выше абсолютного минимума и имеющие значительно большую эффективную массу, чем в нижнем минимуме, подобно тому, как это изображено на рис. 42 для арсенида галлия. Взаимодействуя с фононами, электроны могут быть переброшены в верхние долины. Так как плотность состояний в верхней долине превосходит плотность состояний нижней долины, то электроны будут накапливаться в верхней долине. Но подвижность электронов верхней долины значительно меньше подвижности нижней долины, поэтому дрейфовая скорость электронов уменьшается, их вклад в проводимость уменьшается, и ток падает. Состояния в верхней долине являются неустойчивыми; электроны, взаимодействуя с фононами, переходят в нижнюю долину, что приводит к росту тока. Периодические колебания наблюдаются обычно в тонких образцах, что связано с механизмом возникновения повышенного сопротивления в полупроводниках. Чем больше напряженность поля, тем сильнее происходит процесс переброса электронов в верхние долины, но чем больше электронов перебрасывается в верхнюю долину, тем больше сопротивление в данной области полупроводника и тем большее напряжение падает на ней, что приводит к уменьшению поля в соседних областях полупроводника. Как показывают наблюдения, области повышенного сопротивления зарождаются у катода и перемещаются к аноду. [46]
Одно из объяснений эффекта Ганна может состоять в следующем. При наложении электрического поля электроны переходят в более высокие энергетические состояния, температура электронного газа повышается. Предположим, что зона проводимости имеет минимумы энергии, лежащие выше абсолютного минимума и имеющие значительно большую эффективную массу, чем в нижнем минимуме, подобно тому, как это изображено на рис. 42 для арсенида галлия. Взаимодействуя с фононами, электроны могут быть переброшены в верхние долины. Так как плотность состояний в верхней долине превосходит плотность состояний нижней долины, то электроны будут накапливаться в верхней долине. Но подвижность электронов верхней долины значительно меньше подвижности электронов нижней долины, поэтому дрейфовая скорость электронов уменьшается, их вклад в проводимость уменьшается, и ток падает. Состояния в верхней долине являются неустойчивыми; электроны, взаимодействуя с фононами, переходят в нижнюю долину, что приводит к росту тока. [47]
Заметим здесь, что среднее значение модуля тепловой скорости не равно нулю, в отличие от среднего значения вектора тепловой скорости, обращающегося в нуль вследствие хаотичности теплового движения электронов. Абсолютное значение средней тепловой скорости должно быть тем больше, чем выше температура электронного газа, а следовательно, и температура всего кристалла, так как кристаллическая решетка и электронный газ находятся в термодинамическом равновесии. [48]
Следующим шагом является нахождение средней энергии электронов. Предполагается, что они имеют максвелловское распределение, поэтому можно говорить о температуре электронного газа Те. Коэффициент амбиполярной диффузии Da и скорость ионизации z зависят от температуры электронов Те, давления р и природы газа; потери заряженных частиц растут также при уменьшении R, и, таким образом, необходимо найти зависимость между этими величинами. [49]
Характерное время термализации быстрой заряженной частицы в веществе лежит в пределах 10 - 12 - ь 10 - п с. В процессе торможения образуются горячие неравновесные электроны. Пространственное распределение температуры электронного газа повторяет распределение энергетических потерь частиц пучка. После термализации в течение те - 10 - п с устанавливается локальное термодинамическое равновесие между электронной и ионной подсистемой, а в течение Гц - 10 - 10 с выравнивается локальная ионная температура. [50]
При низких давлениях длина свободного пробега электронов относительно велика и они приобретают в электрическом поле большую кинетическую энергию, которая превосходит кинетическую энергию положительных ионов и нейтральных частиц газа. Кинетическую энергию электронов принято характеризовать температурой электронного газа, которая не связана с температурой газа. Та и другая температуры в определенной мере характеризуются кинетической энергией соответствующих частиц. [51]
Вследствие большой потери скорости в результате соударения температура ионов всегда будет значительно ниже температуры электронов. Энергетическое состояние электронов в газе принято характеризовать температурой электронного газа, понимая под этим термином среднюю кинетическую энергию электронов, выраженную в электрон-вольтах ( эл. [52]
Лавинное умножение носителей в ОПЗ полупроводника ( см. рис. 5.15, г) возникает при приложении к низкоомной структуре МДП больших ( как правило, импульсных) электрических полей. Оно характеризуется значительным разогревом электронно-дырочной плазмы. Так, согласно проведенным в работе [511] оценкам, температура электронного газа при лавинном умножении достигает 5000 К, что способно обеспечить заброс электронов из зоны проводимости полупроводника в зону проводимости диэлектрика и привести, таким образом, к появлению электронной проводимости диэлектрика. [53]
Наряду с ионизацией ударами быстрых электронов начинает происходить термическая ионизация. Вследствие уменьшения длины свободного пробега электрона при увеличении давления паров ртути среднее значение кинетической энергии электронов в плазме, а следовательно, и число быстрых электронов уменьшаются. В результате термическая ионизация начинает играть преобладающую роль, а температура инертного газа и температура электронного газа в центральной области сечения трубки приближаются одна к другой. [54]