- •Тема 1: Предмет физики конденсированного состояния (фкс)
- •Тема 2: Классификация твёрдых тел. Типы связи.
- •2.1. Классификация твёрдых тел
- •2.2. Типы связи
- •2.3. Энергия связи
- •2.4. Молекулярные кристаллы
- •2.5. Ионные кристаллы
- •2.6. Ковалентные кристаллы
- •Тема 3: Структура твёрдых тел
- •3.1. Кристаллические решётки. Трансляционная симметрия
- •2.7. Металлы
- •3.2. Решётки Браве
- •3.3. Индексы Миллера
- •2.А. Осью симметрии (простой или поворотной) называется линия, при повороте вокруг которой на некоторый определённый угол, фигура совмещается сама с собой.
- •3.4.1. Пространственные группы
- •3.5. Дифракция в кристаллах
- •3.6. Обратная решётка
- •3.7. Зоны Бриллюэна
- •Тема 4: Дефекты кристаллического строения
- •4.1. Классификация дефектов
- •4.2. Точечные дефекты
- •4.2.1. Равновесная концентрация дефектов
- •4.2.2. Условие электронейтральности. Дефекты Шоттки и Френкеля
- •4.2.3. Центр окраски
- •4.2.4. Радиационные дефекты
- •4.3. Дислокации
- •4.3.1. Краевая дислокация
- •4.3.2. Винтовая дислокация
- •4.3.3. Подвижность дислокаций
- •4.4. Контур и вектор Бюргерса
- •4.5. Энергия дислокации
- •4.6. Источники дислокации
- •Тема 5: Энергетический спектр кристаллов.
- •5.1. Описание энергетического состояния кристалла при помощи газа квазичастиц. Примеры квазичастиц.
- •Адиабатическое приближение Борна-Оппенгеймера.
- •Валентная аппроксимация
- •Одноэлектронное приближение
- •5.3. Свойство волнового вектора электрона в кристалле
- •5.4. Энергетический спектр электрона в кристалле. Модель Кронега-Пенни.
- •5.5. Заполнение зон электронами. Металлы. Диэлектрики. Полупроводники
- •5.6. Эффективная масса электрона. Свободный электрон.
- •Тема 6: Тепловые свойства тт. Электронный газ Ферми.
- •Тема 7: Полупроводники
- •7.1.1. Донорные примеси
- •7.1.2. Акцепторные примеси
- •7.2. Собственная проводимость полупроводников
- •7.3. Проводимость примесных полупроводников
- •7.4. Свойства твёрдых тел в сильных электрических полях
- •7.4.1. Разогрев электронного газа
- •7.4.2. Эффект Ганна.
- •7.4.3. Ударная ионизация
- •7.4.4. Эффект Зинера
- •Тема 8: Диэлектрики
- •8.1. Основные механизмы проводимости в диэлектриках.
- •8.2. Поляризация диэлектриков
- •8.2.1. Электронная упругая поляризация.
- •12 И 13 декабря студенческое анкетирование в 10:00 3-02
- •8.2.2. Ионная упругая поляризация
- •8.2.3. Дипольная, упругая и тепловая поляризации
- •8.2.4. Ионная тепловая поляризация
- •8.2.5. Электронная тепловая поляризация
- •8.3. Пьезоэлектрический эффект.
- •8.4. Пироэлектрический эффект
- •8.5. Сегнетоэлектрики
- •Тема 9: Оптические свойства твёрдых тел
- •9.1. Виды взаимодействия света с твёрдым телом
- •9.2. Оптические константы
- •9.3. Поглощение света кристаллами
- •9.3.1. Собственное поглощение
- •Тема 10: Механические свойства твёрдых тел
- •10.2. Упругая деформация
- •Тема 11: Сверхпроводимость
- •11.1. Свойства сверхпроводников
- •4 Класса дефектов – 8 свойств сверхпроводников. Зонное строение металлов (полупроводников). Перечисление типов дефектов, типы частиц.
7.4.2. Эффект Ганна.
В 1963 году Ганн, изучая поведение арсенида галия в области сильных полей обнаружил явление, заключающееся в возникновении колебаний тока с частотой 109..1010 Гц при приложении к кристаллу постоянного электрического поля. Это явление называют эффектом Ганна.
Многие полупроводники, в том числе и
арсенид галия (GaAs), имеют
достаточно сложную зонную структуру.
Нарисуем зонную структуру для арсенида
галия. Т.е зона проводимости при К = 0
имеет второй минимум Б, который расположен
выше А на 0,36 эВ. В этих минимумах
эффективные массы электронов различны.
В минимуме
,
т.е. электроны «лёгкие», а в минимуме
,
т.е. электроны «тяжёлые». Подвижность
лёгких электронов на порядок больше
подвижности тяжёлых:


Изменение подвижности носителей в
сильных полях связано с переходом
электронов из минимума А в минимум Б. В
слабых полях электроны в термодинамическом
равновесии с решёткой. Так как энергия
электронов в обычных условиях много
меньше расстояний между минимумами
,
то практически все электроны занимают
уровни в минимуме А. Плотность тока в
этом случае:

С ростом поля ε энергия электронов повышается, и при некотором εкр становится возможным переход из А в Б, где подвижность ниже. Плотность тока при этом падает:


В результате получаем такую зависимость:
Рассмотрим механизм неустойчивости,
приводящим к высокочастотным осцилляциям
тока на примере опыта Ганна. Пусть к
полупроводнику длинной L
приложено внешнее напряжение. Если
полупроводник однороден, то электрическое
поле в образце тоже однородно, но любой
реальный кристалл имеет неоднородности.
Эти приводит к тому, что в этом месте
образца напряжённость поля имеет
повышенное значение. При увеличении
напряжённости внешнего поля критическое
значение
здесь достигается раньше, чем в остальной
части образца. Из-за этого, в области
неоднородности начинаются переходы из
минимума А в минимум Б, т.е. появляются
тяжёлые электроны. Подвижность здесь
уменьшается, а сопротивление дополнительно
возрастает. Это приводит к увеличению
напряжённости поля в месте неоднородности
и более интенсивному переходу электронов
в минимум Б. Поле в образце становится
резко неоднородным.
Такая зона с сильным электрическим полем называется электрическим доменом.
Этот домен под действием поля перемещается
вдоль образца. Он разрушается, когда
достигает границы образца.
Пусть внешнее напряжение прикладывается
к образцу в момент времени t0.
При этом возникает ток, имеющий некоторое
максимальное значение
.
Сразу же на одной из неоднородностей
начинает образовываться домен, причём
очень быстро. Сила тока резко уменьшается
до
,
определяемого скоростью движения
домена. Это значение тока сохраняется
до тех пор, пока домен не разрушится на
границе. Время движения домена

где L – длинна образца, vd – скорость домена.
Сила тока снова резко возрастает до
,
снова образуется домен и ток уменьшается.
Так возникают колебания тока, частота
которой определяется длинной образца.
7.4.3. Ударная ионизация
При полях, напряжённость которых больше 107 В/м электроны проводимости приобретают энергию, достаточную для ионизации атомов. В результате ионизации образуются пары «электрон-дырка», которые ускоряются полем до высоких энергий, и так же могут ионизовать атомы. Таким образом, концентрация свободных носителей лавинообразно возрастает.
Этот процесс и называется ударной ионизацией.
