§9.Эффект Ганна.

      Эффект Ганна - возникновение отрицательной дифференциальной проводимости в однородных полупроводниках под дейст-вием сильного поля . Имеет место в полупроводниках , имеющих n-образную характеристику по электропроводности : GaAs , InP . Их зонная структура имеет несколько локальных минимумов. Эффективные массы различны :      m_A=0.072m_o , m_o- масса покоя, к= 100      m_B=1.2m_o Зона проводимости имеет два локальных минимума A и B , соответствующих значениям волнового вектора k=0 и k=0.8 . Подвижность в глобальном минимуме A будет значительно больше подвижности в минимуме В .      U_A=5000 кв.см/В      U_B=100...400 кв.см/В Первоначально все электроны скапливаются в глобальном минимуме A , где их подвижность максимальна и их расположение на этих уровнях выгодно. С увеличением напряженности поля им сообщается дополнительная энергия , позволяющая им преодолеть потенциальный барьер (произвести туннелирование ) и попасть в глобальный минимум B, где их подвижность резко уменьшается . Через некоторое время все электроны при увеличении напряженности перейдут в минимум B . Если напряженность не растет => стационарное состояние . Даже им опять выгоднее вернуться в минимум A .

 ε_тока = ε_кр- полностью остан. нарастание тока. ε_пор- все e в верхнем минимуме и хар-кая линейка. , где : участок BM имеет отрицательную дифференциальную электропроводность .      I - n_A , n_B=0 .      II - n_A > n_B , n_A стремится к n_B.      III - n_B , n_A=0 .      N-образная характеристика представляет собой большой интерес для радиотехники .Системы с такой характе-ристикой могут быть использованы для усиления и генерации электромагнитных колебаний . Плотность тока может быть записана : j=n_AU_AqE_ВН. , где E_ВН. - напряженность . j=enuE , где E - напряженность . Обычно дифференциальная электропроводность больше нуля ( участки I и II ) , но на участке II - меньше .

Дифференциальная электропроводность может быть отрицательной , если 

Дифференциальная электропроводность положительна , если

§10.Возникновение и перемещение в полупроводнике доменов, зарождающихся в области отрицательной дифференциальной электропроводности.

      Пусть однородный полупроводниковый кристалл имеет длину L , больше периода кристаллической решетки a_o. Пусть по такому кристаллу течет ток , создающий в полупроводнике электрическое поле напряженностью E_o , где E_КР. < E_o < E_ПОР. . Образование эл-статитческого домена в ПП в месте флуктуации эл. поля. x- перемещение по длине кристалла. х_max= длине крист. При X₁ < X < X₂ плотность тока меньше , чем при других значениях X , поэтому электроны начнут скапли-ваться вблизи X₁ , вблизи X₂обнаружится нескомпенсированный положительный заряд . Между X₁ и X₂ - дипольный слой или электростатический домен. Внутри домена E_ВНУТР. > E_o , поэтому наступление падения поля в остальной части кристалла . Эти домены образуются на катоде , когда мы увеличиваем поле , домен отрывается и идет против поля от като-да к аноду и на аноде он распадается ( процесс повторяется ) . Эффект возникающих колебаний тока в цепи ПП связан с процессом прохождения домена от катода до анода, где он распадается  , где : I_o - начальный ток , t_o - зарождение домена , t₁ - конец формирования домена , t₁ - t₂ - перемещение домена от катода к аноду, t₂ - подход домена к аноду, t₃ - конец распада домена на аноде - периодический процесс . периодичность ω=2π/(V_ДР. / L ) , где L - длина кристалла . Особенность эффекта Ганна в том , что преобразование мощности постоянного тока в электрические колебания происходит во всем объеме кристалла, а не в узкой части p-n перехода , как в обычных полупроводниковых структурах . Поэтому может быть обеспечена большая выходная мощность , чем для транзисторов и туннель-ных диодов . N=400 кВт в импульсе и f=50 ГГц . -просты по конструкции , имеют значительный срок службы, могут питаться от источника низкого напряжения.