книги из ГПНТБ / Арсенид галлия. Получение, свойства и применение

производились с использованием как зопдовой методики [171,172], так и оптическими методами [168, 170, 173]. Ши­ рина домена колеблется в пределах от 50—200 мкм [175] до 1400 мкм [174]. Скорость домена зависит от температуры, освещенности п характера легирования и лежит в преде­ лах от 2-№-3см,/сек [173] до 105 см/сек [1751. Скорость доменов увеличивается с возрастанием интенсивности под­ светки и ростом приложенного напряжения [171, 173]. Ориентация электрического поля относительно кристалло­ графических осей не влияет заметно на параметры не­ устойчивости [1721.

Колебания тока, вызванные захватом посителеп на примесные атомы медп наблюдались в полуизолпрующнх кристаллах р-тппа прп 77 ° К в условиях сильной под­ светки, когда число возникающих неравновесных электро­ нов больше, чем число равновесных дырок, так что прово­ димость является электронной [170]. Пороговое поле возникновения осцилляции составляло (1—2)-103 в/см. Частота колебаний тока равнялась нескольким герцам. Отрицательная дифференциальная проводимость и сопро­ вождающие ее колебания тока наблюдались также в весьма высокоомном 104—108 ом-см кристалле р-тппа [177]. Пороговое поле составляло около 200 в/см, период коле­ баний менялся от нескольких десятков микросекунд до сотен миллисекунд в зависимости от температуры, прпложенного напряжения, интенсивности и спектраль­

Эффекты электроакустического взаимодействия обя­ заны своим возникновением пьезоэлектрическим свойст­ вам арсенида галлия. В кристаллах со структурой цинко­ вой обманки электроакустическое взаимодействие макси­ мально при распространении звуковой волны в направле­ нии <'110'> с вектором смещения в направлении <100> [178].

Распространение упругой волны в пьезоэлектрическом материале сопровождается возникновением переменного электрического поля. В пьезополупроводнике под влия­ нием возникшего поля свободные носители стремятся перераспределиться, что приводит к появлению перемен­ ного электрического тока. За счет нелинейных взаимодей­ ствий уже во втором приближении в выражении для тока

4.6] В Л И Я Н И Е С И Л Ь Н О Г О Э Л Е К Т Р И Ч Е С К О Г О поля 221

проводимости появятся члены, содержащие нулевую гар­ монику, т. е. постоянную составляющую тока. В этом случае принято говорить об увлечении свободных носите­ лей звуковой волиой или появлении акустоэлектрического тока [159]. Теория акустоэлектрического эффекта развита в работах [179—182]. В арсениде галлия акустоэлектрическнй ток наблюдался при возбуждении кристалла звуко­ вой волной частотой 9 Ггц [183]. Зависимости плотности акустоэлектрического тока от уровня акустической мощ­ ности, освещения и температуры хорошо согласуются с малосигиальной теорией [179, 180]. Эксперименты прово­ дились на полуизолирующем арсениде галлия с концент­ рацией электронов 10s «i - 3 и подвижностью 2-10'1 смУв-сек при 77° К. Вводимая в образец акустическая волна рас­ пространялась вдоль направления <Ч10)> и была поляри­ зована в направлении <(100>.

В работе [184] обнаружен и изучен поперечный акустоэлектрическпй эффект, для которого акустоэлектрическое' поле перпендикулярно вол-

направлением дрейфа носителей, электронная часть коэффи­ циента поглощения звука обращается в нуль, когда дрей­

скорости электронный коэффициент поглощения стано­ вится отрицательным, т. е. происходит усиление звука в направлении дрейфа носителей. Зависимость электрон­ ного коэффициента поглощения от дрейфовой скоростл

222 Я В Л Е Н И Я П Е Р Е Н О С А [ГЛ. 4

коэффицисит^поглощения. Из рисунка видно, что с учетом решеточного поглощения коэффициент усиления обра­ щается в нуль не при одном, а при двух значениях дрейфо­ вой скорости, причем первый раз при скорости, несколько большей'чем со. Линейная теория электроакустического усиления"развита Уайтом [178]. При сопоставлении экспе­ риментальных результатов по электроакустическому уси­

звука учтено в рамках линейной теории [178] в работе [186]. Нелинейная теория электроакустического усиления развита в работах [187—194].

В арсениде галлия я-типа электроакустическое усиле­ ние исследовалось на образцах с концентрацией электро­ нов 9,6- 10 й см~3 и подвижностью 4700 смУв-сек при ком­ натной температуре [195]. Концентрация электронов опре­ делялась глубокими донорнымп уровнями, и поэтому удельное сопротивление материала сильно зависело от

Зависимость коэффициента поглощения звука от напря­ женности электрического поля, измеренная иа частоте 60 Мгц, и зависимость поглощения от концентрации элект­

близком к нему приложено электрическое поле, вызываю­ щее дрейф носителей со скоростью, близкой к скорости звука, тепловые гдумы у катода будут усиливаться в на­ правлении дрейфа носителей, вызывая появление акустоэлектрического тока. Направление акустоэлектрического тока таково, что он стремится уравнять дрейфовую ско­ рость носителей со скоростью звука [1961. Это означает, что если напряженность поля превысит критическое зна­ чение Екр = со/и, где со — фазовая скорость звука, и —

4.6] В Л И Я Н И Е С И Л Ь Н О Г О Э Л Е К Т Р И Ч Е С К О Г О П О Л Я 223

подвижность носителей, акустоэлектричеекпй ток будет направлен навстречу движению носителей, вызывая появ­ ление на вольтамперной характеристике участка насыще­ ния по току [197]. При определенных условиях в кри­ сталле может образоваться область, в которой акустоэлектрический ток при увеличении напряженности поля возрастет больше, чем ток проводимости. В этом случае возникает отрицательная дифференциальная проводи­ мость и, как следствие, возможно образование акустоэлектрического домена [198]. Условия возникновения акустической неустойчивости и образования домена теоре­

224 Я В Л Е Н И Я П Е Р Е Н О С А (ГЛ. 4

ударной ионизацией материала объясняется эмиссия инфра­

в момент образования домена [210]. При образовании акустоэлектрического домена [211] и при вхождении домена в анод [212] зарегистрировано также электромаг­ нитное излучение с частотой 300 Мгц — б Ггц. Выска­ зывается предположение, что наблюдаемые явления возни­ кают вследствие существования внутри акустоэлектри­ ческого домена ганновской генерации [213, 214].

Влияние магнитного поля на параметры электроаку­ стической неустойчивости теоретически и эксперимен­ тально изучалось в работах [215—217]. Показано, что в хорошем согласии с теорией пороговое поле возникнове­ ния осцилляции увеличивается, а величина тока, соответ­ ствующая распространению стабильного домена, падает с возрастанием напряженности поперечного магнитного поля. При пересечении пучка света акустоэлектрическнм

ния. Спектральная зависимость этого добавочного пох\погцения соответствует экспоненциальному расширению края собственного поглощения.

Влияние вцешной цепи па параметры колебаний тока, вызванных образованием и движением домена, исследо­ вано в работе [219].

Помимо рассмотренных выше эффектов, исследованных сравнительно подробно, следует отметить также ряд работ, посвященных изучению других явлений, связанных с силь­ ным полем в арсениде галлпя.

Влияние электрического поля на функцию распределе­ ния горячих электронов в арсениде галлия п-типа при низких температурах теоретически рассмотрено Левнпсоном

ные 5-образной вольтамперной характеристикой образ­ цов. Природа эффекта не установлена. Отклонения от закона Ома в тонких (0,2—2,5 мкм) пленках арсенида галлия изучались в работе [224].

Вес обнаруженные Гапном явления и целый ряд дру­ гих эффектов, наблюдаемых в арсениде галлия прп Е ^> .йкр» легко объяснить, учитывая характер зависи­ мости средней дрейфовой скорости электронов v от напря­ женности электрического поля Е (рис. 4 47).

_ , — ,

и з м е р е н а э к с п е р и м е н т а л ь н о п о п р о л е т у э л е к т р о п о в ч е р е з п о л у п з о л и р у ю щ и Н

К настоящему временп достоверно установлено, что причина, по которой средпяя скорость электропов начи­

в боковые долины, расположенные в направлении <10(Х> (см. рис. 4.40). Электроны в центральной долине имеют малую эффективную массу m^=0,07m0 и обладают зна­ чительной (порядка нескольких тысяч см2/в-сек) под­ вижностью. Электроны в верхних долинах имеют эффек­ тивную массу m* = 1,2 от0 (см. сноску на стр. 214) и соот­ ветственно значительно меньшую подвижность. В отсутствие электрического поля, или в случае слабого поля, практи­ чески все электроны находятся в нижней долине зоны1 проводимости. По мере роста поля часть электронов приоб­ ретает энергию большую, чем энергетический зазор между долинами Ае, и получает возможность перейти в боковые долины. (Так как плотность состояний пропорциональна