МЕЖЗОННОЕ ТУННЕЛИРОВАНИЕ

МЕЖЗОННОЕ ТУННЕЛИРОВАНИЕ

(зинеровский пробой) - туннелироианпе электронов из валентной зоны диэлектрика или полупроводника в зону проводимости через запрещённую зону под действием электрич. поля (см. Туннельный эффект).M. т. можно рассматривать как рождение пары электрон - дырка в элокт-рич. поле (подобно рождению электрон-позитроиной пары в вакууме в сильном поле). Впервые на возможность M. т. указал К. M. Зинер (С. M. Zener), к-рый высказал предположение, что M. т. ответственно за пробой диэлектриков в сильном электрич. поле и автоэлектронную эмиссию с поверхности диэлектриков. Экспериментально M. т. впервые наблюдал Л. Эсаки (L. Esaki) при прямых смещениях на полупроводниковых диодах, отличающихся сильным легированием р- и re-областей (см. Туннельный диод). Количеств. теория M. т. впервые развита в работах У. В. Хаустоиа (W. V. Houston) и Л. В. Келдыша. Вероятность M. т. (прозрачность потенц. барьера D) существенно зависит от структуры энергстпч. зон. Для простых изотропных зон, экстремумы к-рых лежат в одной и той же точке импульсного пространства и между к-рыми разрешены дипольные оптич. переходы, прозрачность барьера в однородном электрич. поле E равна:

Здесь - эфф. массы электрона и дырки, - ширина запрещённой зоны, - поперечная к E составляющая импульса электрона.

В случае вырожденных валентных зон (типичных для кубич. полупроводников) D(E )отличается от (*) заменой т _д на эфф. массу т. н. лёгких дырок, т. к. именно переходы с этой ветви дают осн. вклад в туннельный ток. В случае анизотропных зон, напр, в многодолинных полупроводниках типа PbTe, вероятность туннели-рования зависит от ориентации относительно крис-таллографич. осей и для каждой пары экстремумов определяется ф-лой, отличающейся от (*), заменой

где

-тензор обратной приведённой эфф. массы с компонентами В полупроводниках, у к-рых экстремумы валентной зоны и зоны проводимости лежат в разных точках импульсного пространства (напр., в Ge, Si), туннельные переходы между этими экстремумами могут осуществляться только с передачей импульса фонону или примесному атому. Такое M. т. паз. фононпо или примесно стимулированным. В полупроводниках, находящихся в электрич. поле, в результате M. т. становятся возможными поглощение света с энергией кванта ( Келдыша- Франца эффект )и обратный эффект - туннелированпе электрона через r- "-переход в валентную зону с испусканием фотона с (туннельная электролюминесценция).

Продольное магн. поле не влияет на прозрачность D(E )и сказывается на M. т. лишь в меру изменения плотности состояний в результате квантования Ландау. Поле уменьшает вероятность M. т.:

в скрещенных полях определяется ф-лой, отличающейся от заменой E на .

При траектории электронов в скрещенных полях становятся замкнутыми и M. т. возможно только при рассеянии электронов на фононах или примесных атомах. При анизотропном спектре зависит от ориентации в плоскости, перпендикулярной

Лит.:Zеnеr С., A theory of the electrical breakdown of solid dielectrics, "Proc. Roy. Soc.", 1934, v. 145, p. 523; Hоustоn W. V., Acceleration of electrons in a crystal lattice, "Phys. Rev.", 1940, v. 57, p. 184; Келдыш Л. В., О поведении неметаллических кристаллов в сильных электрических полях, "ЖЭТФ", 1957, т. 33, с. 994; его же, О влиянии колебаний решетки кристалла на рождение электронно-дырочных пар в сильном электрическом поле, там же, 1958, т. 34, с. 962; Аронов А. Г., Пикус Г. E., Туннельный ток в поперечном магнитном поле, там же, 1966, т. 51, с. 281; Туннельные явления в твердых телах. Сб. ст., под ред. Э. Бурштейна, С. Лунквиста, пер. с англ., M., 1973. Г. E. Пикус.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.