ГОРЯЧИЕ ЭЛЕКТРОНЫ

ГОРЯЧИЕ ЭЛЕКТРОНЫ

       

(горячие дырки), подвижные носители заряда в тв. проводнике, энергетич. распределение к-рых заметно отличается (в сторону больших энергий) от равновесного распределения, определяемого Ферми — Дирака статистикой или Больцмана статистикой. Носители заряда становятся «горячими» при протекании электрич. тока через проводник под действием достаточно сильного электрич. поля.

При протекании тока электрич. поле ускоряет большее число носителей, а тормозит меньшее, и тем самым сообщает электронному газу дополнит. энергию. В то же время, если ср. энергия эл-нов выше равновесного значения, к-рое в невырожденном электронном газе равно (3/2)/kТ, электронный газ передаёт энергию фононам при рассеянии на них. Степень «разогрева» носителей заряда, т. е. увеличение их ср. <энергии ? по сравнению с равновесным значением, зависит от величины поля Е и подвижности носителей тока m, а также от скорости передачи ими энергии фононам, к-рая характеризуется временем рассеяния энергии tе. По порядку величины ?- 3/2kT » еmtеЕ2, где е — заряд эл-на. При темп-pax Т > во (qD — Дебая температура), когда рассеяние носителей на фононах с энергией kqD (в частности, на оптич. фононах) велико, tг мало (в ПП te = 10-11с). Поэтому характерная величина поля Ер, при к-ром разогрев носителей становится значительным, также велика: Eр? 5г 103 В/см. При Т <-qD, когда носители рассеивают энергию только на ДВ акустич. фононах, te гораздо больше (3•10-7 с в InSb n-типа при Т =4—6 К), а напряжённость электрич. поля, при к-рой разогрев носителей уже значителен, составляет: Eр=10-1 —1В/см.

Разогрев носителей с ростом поля приводит к изменению электропроводности а ПП и отклонению его вольт-амперной хар-ки от закона Ома. Эфф. подвижность носителей тока изменяется, т. к. время рассеяния импульса, как правило, зависит от энергии носителя, к-рая в ср. растёт с ростом электрич. поля. Кроме того, Г. э., приобретая достаточно большую энергию, могут переходить в более высокие зоны проводимости, в к-рых их подвижность значительно отличается (обычно в меньшую сторону) от подвижности в ниж. зонах (см. ЗОННАЯ ТЕОРИЯ). Напр., это имеет место в GaAs n-типа, InP n-типа и др. ПП. Изменяется и концентрация носителей либо из-за ударной генерации электронно-дырочных пар или ударной ионизации примесей Г. э., либо из-за изменения скорости рекомбинации горячих носителей или скорости захвата их примесными центрами. Обычно захват носителей происходит ионами примеси, знак заряда к-рых противоположен знаку заряда носителей. При этом скорость захвата уменьшается с разогревом, и концентрация носителей и электропроводность ПП растут. Однако иногда примесные центры заряжены одноимённо с носителями заряда и на больших расстояниях отталкивают их по закону Кулона. Тогда носитель, чтобы оказаться захваченным, должен преодолеть потенциальный барьер, вследствие чего скорость захвата растёт (время жизни уменьшается) с увеличением энергии Г. э. В результате концентрация носителей и электропроводность а уменьшаются с ростом электрич. поля (наблюдается, напр., в Ge n-типа с примесями Cu и Au).

При достаточно сильном падении а с ростом электрич. поля на вольтамперной хар-ке появляется т. н. падающий участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, она становится N-образной (см. ГАННА ЭФФЕКТ). В тех же случаях, когда s, наоборот, сильно растёт, может наблюдаться S-образная хар-ка и, как следствие, шнурование тока. Когда при приближении к нек-рой величине напряжения ток очень круто растёт, говорят об электрич. пробое.

Нагрев эл-нов приводит и к др. эффектам: к эмиссии Г. э. из ненагретых ПП, к анизотропии электропроводности и коэфф. диффузии в кристаллах кубич. сингонии в сильных нолях (в слабых полях они изотропны), к росту и анизотропии флуктуации электрических (спектр. плотности шума, измеренные вдоль и поперёк тока, разные).

Г. э. возникают также:

1) при инжекции носителей из контакта двух проводников под действием приложенного к ним напряжения,

2) при генерации носителей светом с энергией фотонов, превышающей ширину запрещённой зоны ПП на величину, большую, чем величина характерной тепловой энергии носителей (фоторазогрев).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.