1tom - 0390.htm
45
в полупроводниках, М,, 1Я72, гл. 8: В u t I г г М. В. N., Acoustic domains, «Repts Progr. Phys.», 1974, v, У7, u. 421.
Ю. М. Гальперин.
АКУСТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ≈ появление в проводнике постоянного тока в замкнуто» цели (т. ц, ануетоилоктрич. тока) или электрич. напряжения на концах разомкнутого проводника (т. н. акустоадс) при распространении в н╦м акустпч. волны. А. э. был предсказан Р. Пармснтсром (1953) и впервые обнаружен Г. Вайнрайхом и X. Дж. Уайтом (1957). А. э. возникает из-за увлечения носителей тока акустич. волной вследствие акустоэлектропиого взаимодействия, при к-ром часть импульса, переносимого волной, передается электронам проводимости, в результате чего на них действует ср. сила, направленная в сторону распространения волны. В соответствии с этим А, э. меняет знак при изменении направления волны на противоположное. А. э.≈ одно из проявлений нелинейных эффектов в акустике (см. Нелинейная акустика}', он аналогичен др. эффектам увлечения, напр. акустич. ветру (см. А космические течения).
Передача импульса от волны электронам сопровождается истощением звуковой энергии, поэтому действующая на электрон сила пропорциональна коэф. электронного поглощения звука о^, и интенсивности акустич, волны /. Плоская волна, интенсивность к-рой при прохождении слоя толщиной Дх уменьшается за сч╦т электронного поглощения на величину а^/Д-г, переда╦т в среду механич, импульс ac.el^x/vst приходящийся на пр&х электронов слоя (vs ≈ скорость звука, л? ≈ концентрация свободных электронов). Следовательно, на отд. электрон действует ср. сила
Под действием атоп силы появляется акустоэлектрпч. ток, плотность к-рого Jau ≈ \\.ineF (ц, ≈ подвижность
электронов) определяется соотношением
'/** (2)
(соотношение Вапнрайха). В случае произвольных акустич. полей выражение для акустоалектрич. тока получается как среднее по времени значение произведения переменной концентрации свободных носителей ге~, возникающих иод действием акустич. полей в проводнике, и их переменной скорости с~.
/ае-е<н-г-> (3)
(е ≈ заряд электрона).
Возникновение Л. э. может быть объяснено с позиции квантовой механики, если рассматривать акустич. волну с частотой w и волновым вектором k как поток когерентных фопопов, каждый из к-рых нес╦т энергию Ш и импульс fate. При поглощении фонона электрон получает дополнит, скорость, к результате чего появляется элсктрич. ток (2),
Для наблюдения А, э. измеряют либо ток в проводнике, в к-ром внеш. источником возбуждается звуковая волна (рис. 1. и), либо напряжение на его разомкнутых концах (рис. 1, 6]. В последнем случае на концах проводника возникает аде, индуцированная звуковой волной (пкустоэдс):
F (х) dx ≈
-O.L
где L ≈ длина проводника. /0 ≈ интенсивность звука на входе образца, а≈а^Н-а,( ≈ коэффициент поглощения звука, учитывающий как электронное поглощение а,,, так и реш╦точное ct0t v ≈ проводимость образца.
Величина А. э., так же как и значение электронного поглощения звука, зависит от частоты УЗ. А. а. максимален, когда длина волны оказывается одного порядка с радиусом дсбаеиского экранирования для свободных электронов. Акусто;эде существенно меняется
с изменением о и имеет максимум в области значений о",л, где электронное поглощение звука также максимально (рис. 2). Такие зависимости наблюдаются в фотопроводящих полупроводниках, в к-рых значит. а
ил
Рис. 1. Схемы измерений: О'
тона J;)
;ie; *~~
-анус-
-,. " ≈ льсзо-
по л у проводчика, 2 ≈ излучающий УЗ-преоОразователь, .У ≈ металлические электроды.
о≥ а
1'ис. 2. Зависимость акустоэдс L:ac от пропо-
димости кристалла при
различных IIHTCHUHRHO-
стяк УЗ: /, < /2 < /ц.
изменения проводимости происходят при изменении освещ╦нности.
А. э, экспериментально наблюдается в металлах и полупроводниках. Однако в металлах и цснтросиммет-рнчных полупроводниковых кристаллах, таких, как Ое и Si, он невелик из-за слабого акустоэлоктронного взаимодействия. Значит. А. э. (на 5≈6 порядков боль-тшш, ммг в Ge) наблюдается в пъезололупроводни-ках (CrlS. CtlSe, XnO, CaAs, IjiSb и др.). За сч╦т сильного пьоэоэлектрич. взанмодо!1ствпя электронов проводимости с акустич. волной на частотах (0,5≈IJ-K^c"1 и образцах длиной ок. 1 см возникает акустоэдс -≈ неск, вольт при интенсивности звука ~ 1 Вт/см2.
Особый характер носит А. э. в полупроводниках, помещенных в сильное элсктрич. поле Е, где коэф, электронного поглощения УЗ зависит от скорости дрепфа носителей v^^»\\iE. При сверхзвуковой скорости дрейфа (i;rf>t?j) коаф. ар меняет знак it вместо поглощения звуковой волны происходит е╦ усиление. При этом акустоадс такжо меняет япак: звуковая волна уже не увлекает, а тормозит электроны проводимости. Ср. сила, действующая на электрон, направлена в сторону, противоположную направлению распространения
∙trt
/
a L x
Рис. It. n≈рост интенсивности I фононон (7) н irue :>ло}.'Тричес1;ого поля (tf) вдоль длины ];ристалла L при генерации фоношш и иьсзополупроводникс- (^iT~~ «ача.чыюе зпачониг; напряженности поля в кристалле, а Е+,≈пороговое, нышс к-рого происходит г^нсраштп фонолой); б≈ отклонение
тока от оыичсгпого лначенпя.
волпьг. так что воздействие УЗ уменьшает элсктрич. ток в образце ≈ акустоэ.чектри1!. ток вычитается из тока проводимости.
В сильных злсктрич. полях А. э. имеет место даже в отсутствие внеш. волны, из-за того что н полупроводнике происходят генерация и усиленно фононов внутри конуса углов 8 вокруг направления дрейфа носителей, для к-рых r^cos 9>Уу ≈ акустич. аналог Череикоеа ≈
Г
ас и
ш
ш
с;
О и
51
")
}
