Экспериментальное исследование явлений переноса в полупроводниках в квантующем магнитном поле и при большом градиенте температуры тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

государственный комитет по высшему образованию российской федерации

московский государственный университет

__им. м. в. ломоносова__

научно-нсследовательскгш институт физики

® "" На правах рукописи

г;

1(1/1!

ГДДЖИДЛИЕВ Магомед Магомедович

УДК 62J.31S.52

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЙ ПЕРЕНОСА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

В КВАНТУЮЩЕМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ И ПРИ БОЛЬШОМ ГРАДИЕНТЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

(01.04.10 — физика полупроводников и диэлектриков)

• АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Махачкала — 1996 г.

Работа выполнена в Институте физики Дагестанского научного центра РАН

Научный консультант, доктор физ.-мат. наук, профессор И. К- КАМИЛОВ

Официальные оппоненты:

чл.-корреспондент РАН В. И. ПУСТОВОИТ, доктор фнз.-мат. наук» профессор В. Г. ВЕСЕЛАГО, доктор физ.-иат. наук В. А. КУЛЬБАЧИНСКИИ

Ведущая организации (предприятие)

Физико-техинческий институт им. А. Ф. Иоффе РАН (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится 12 декабря 1996 г. в 15.00 на заседании Специализированного Совета Д.053.05.40 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук при МГУ им. М. В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Ленинские горы, МГУ, Физический факультет, криогенный корпус, ауд. 2-05.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультете МГУ.

Автореферат разослан 11 ноября 1996 г.

Учёный секретарь Специализированного совета Д.053.05.40 при МГУ нм. М. В. Ломоносова, профессор, доктор физ.-иат. наук

С. А. НИКИТИН

АКТУАЛЬНОСТЬ работ, вошедших в диссертацию, связана с наличием целого ряда хштороспых с научной точки зрения» не изученных вовсе или изученных недостаточно, аспектов явлений перекоса, а ¡такта с перспективой ¡возможности практического использования эффектов возникающих при большом градиенте температуры (БП).

т. 8

К шло изученном экспериментальном отношении-вопросам явлений переноса относятся термомапотные эффекты в сильном и квантующем магнитных полях (КМП).

Сильные магнитныо поля и низкие температуры служат эффективными инструментами в исследовании электронной и фононной подсис -

тэм полупроводника.

К настоящему времени мало экспериментальных измерений по тер-шлагнитным явлениям в КШ, тогда как по гальваношгнитным эффекта!-.! имеется большое количество тщательно выполненных эксперимзн -тальных работ. Интерпретация экспериментальных результатов тер -елоэдс (ТЭДС), к примеру, в КМ открывает новые перспективы и может дать весьма интересные сведения не только о структуре энергетического спектрэ и механизмах релаксации носителей токано также о характере взаимодействия фононов в твордых телах, о поглощении звука з области частот 10 --10^ Гц, где прямое измерение коэффициента поглощения невозможно.

Влияние сгпгаозого расцепления уровней Ландау на ТЭДС в КШ к началу настоящей работы принадлежало к числу принципиально важных , но не изученных проблем.

Систематически а деленаправлвнно не было исследовано влияние БГГ на перенос основных и неосновных носителей тока.

Представляет фундаментальный интерес эффакты связанные с возникновением неравновесных концентраций носителей тока з областях ; резкого перепада температуры. К таким эффектам, в частности относятся , ТЭДС Бенедикса и тепловое выпрямление. .

Физическая природа возникновения неравновесных носителей тока □ри БГТ аналогична эмиссии носителей тока в транзисторах в электрическом поле.

В областях с более высокой температурой концентрация носителей гока зше, и они диффундирует'з области о более низкой температурой. Таким образом, в областях с более высокой температурой концен-грация носителей тока уменьшается по сравнению с равновесий.! со-зтоянием ( &п<0 ), а в областях с более низкой температурой зоответственно увеличивается ( ап>о ).

Однако бто явл&няе будет иаблвдаться лишь в той случае, если градиент текпзратуры достаточно велик,, так что происходит заветное изменение концентрэцка носителей токе на расстояниях иеньших, чан их длина двффузин.

Подобно тоцу, как ннжекцзя неосновных носителей в аяектра-чееком полз правала к появлению диодов и транзисторов, згдиссия неосновных носителей- при Б. Г дата вазыоаность предложить' новый класс диодов.

Другой проблемой появившейся в последние годы, является влияние БГТ на процесса переноса носителей тога в полупроводниках к пленочных структурах, В связи с микроминиатюризацией полупроводниковых приборов небольшой градиент тестературы на ьялой длзко (близкой к длине диффузии неосновных носителей) способен созда -гать БГТ, приводящий к рэзкоцу изменению сопротивления к ТЭДС. Последнее обстоятельство ставит парод флзккой полупроводников вполне определенную задач? - изученна влияния БГГ на процессы паре -доса заряда и тепла.

Эксшршектальяка измерения теплового выпрямления, ■представленные в дассертацшх, является первыми измерениями этого эффекта, ?:огда в объега полупроводника созданы неосновные .носители ¿ока с номощыэ БГГ. Целенаправленное исследование дрейфа неосновных носителей тока в условиях БГТ привело к выяснению механизма теплового выпрямления н к ново;,у путл создания р-п- переходов.

В диссертации .представлены существенные результаты и обе/яда-нае експарнглентального. лсследоЕандн! явлзшй переноса в двух предельных случаях:I) при малом ГТ £ 2 КейТ е &КЧП.;, 2) при БГТ: ( > 10® К см-*) е в нулевом ¡¿агнитнон шва-:*.

Еаша изложенное определяет актуальность якза васмя^зго- ко.-следования.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. В работе подавлены следующий оснокшз задачи: иослет">вашв влияния стновог .расщепления уровней ^эздау на ТЭДС в 1..Л; экспериментальная проверка теории термоз®пгшшх еффектов в КШ; исследование времени релаксации дошковолновых фононов, ув-.лакащнх электроны; : .¡следование энергетического- ешктра посредством измэрзк я ТЭДС в Членом е КПМ; исследование маяшизка те- ■ елового выпрямдешя в условиях БГ*-. изучение дрейфа неосновных носителей. "¿ока в электрическом поло при БГТ; поиск пути создания

дяоДов без технологически полученных р-н переходов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ПОЛОЖЕНИЯ ВШШВИЕ НА ЗАЩИТУ.

1. Представлены результаты измерения ТЭДС п постоянной поперечного эффекта Порнста-Эттапгсгаузена (II.-Э) на п - ,

11-7»У/1 и Т7- СЫХ в сильном л Ш1, П0КаЗШ52ТГ?.Ю обнару-

жение влияния вгошраболетности л спинового расцепления уровней Ландау на термоиащтшо эффекты.

2. На основа исследования температурной а кондснтрацимшоЗ зависимости ТЭДС -«-¿.Лг в сильном и ШШ определен опергетлчее-кий спектр зоны проводтодосга. Показано, что в «-Я.А онорготачео-ктх" спектр зон« проводимости соответствует ззкононерлостц пред -сказанной КеЯном для случая Ав>£д

3. Приведены измерения ТЭДС р-Л1»х <Ь..*та в сильном поперечном напитаем поле из которых получен« ковцэ даяние о меха -низко рассеяния тяжелых дырок.

4. Измерзгагв ТЭДС германия при Б.ТТ показало» что пояшкЕдаог ея яри этотд неоспсвтшз носители тока'пграэт основную роль в возникновении ТЭДС Бенедикса.

' 5. На основе анализа БАХ германия при БГГ установлено, что в электрическом поле наряду с аыбиполярнш дрейфом возшшает нознЗ тин дрейфа, Ь - дрейф.

6. Приведена результате измерения распределения температур«, • электрического поля и ВАХ в образце гдргганяя с ошчееккш контактам на торщх, из которых видно, что какеншяышй коэффициент-теплового вшряшгения имеет ыосто, когда вдоль ГТ стадионарно"со-седствуат" области.вр;пдесно£ и собственной проаодаыостаЯ.

НАУЧНАЯ И. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

. 1 '

Из экспериментов в сильном и КМП установлены механизмы рассеяния носителей тока, выявлена.зависимость эффективной массы от волнового вектора в некоторых узкозонных и бесщелевых полупроводниках,'

I. Показано, что в АЛ.т закон дисперсии носителей зоны

проводимости квййовсеий.

2. Тягелые дырки в рассеиваются при Т<30К на ионах примеси. 1

3. Электроны в и ^•Ji при Т <60К рассеиваются ка ионах примеси.

4. Длиноволновыэ фононы « - имеют зашсимосм времени релаксации от волнового вектора и температуры вида .

Исследование теплового выпрямления при БГГ правело к ннтерзс-1Ш1Л научным к прикладным результатам.

Во-первых, показано, что при БГГ в электрическом поле возни -кает новой тип дрейфа.

Во-вторых, па основа этих исследований предложены диоды с тврмостиьцглйрованньиа р-п переходами, полупроводниковые переклвча-тели, управляемые тормореэисторы и составные полупроводниковые диода.

Препцузцоством предложенного нового luacca даодоэ является возможность повторного использования ''пробитого1® дзода после вос-отапсвяспля первоначальных температурных условий н большая (по сравнзкйз с существуэд5г;.г дзодгши на р-п. переходах) шзпосзгь рассеивания.

Результаты работы «огу? найти практическое пракеноние в сильноточной электронной технике.

В результате гайот^ представленных аз. второй % ïpaïbsîi частях дпесер-тащш формулированы следушзе направления экспериментального исследования полупроводников.

1. Эксперпшнтаяьное яссчедовэние термомагнитных эффектов узкозонных полупроводников в КМПо

2. Зксперш.'оптальпое исследование процессов переноса тока в полупроводниках в электрическом поле при БГТ.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты исследования термомаг-китннх эффектов в КМП и явлений переноса при БГТ докладывалиоь : на Всесоюзных совещаниях при физике низких температур в ISSÏ-64 гг.

на Всесоюзной конференции по $язичоским свойствам полупро-кодников АщВу и АцВу1 в 1965 г. в г. Баку.

на первой конференции молодых ученых Дагестана в 1965 г. в г. Махачкале.

на Всероссийском совещании по сильным магнитным полям в 1966 и 1971 гг. в г,Ленинграде.

на Всесоюзной конференции по физике соединений АщВу в 1978 г. в г.Ленинграда.

на- 19-ом Всесоюзном совещании по физике низких температур в г. Минске в 1976 г.

на 29-ом Всероссийском совещании по ^язике низких температур в г.Казань з 1992 г.

ка 4-ом Всероссийском совещании по физико и технологии широ-козонвых полупроводников в г.Махачкала в 1994 г.

На ряд устройств и способов, разработанных в ходо 'выполнения данной работы, получены авторские свидетельства СССР и патенты за-рубе.танх стран, перечень которых приведен в разделе "Литература".

ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ, изложенных в работе, определяется использованием обоснованных методов эксперимента, применением современной измерительной аппаратуры и удовлетворительным соответствием основных .теоретических полояений экспериментальны.! данным.

ПУБЛИКАЦИИ И ЛИЧНЫЙ ВИД АВТОРА. Всего по теме" диссертации оцублнкова'шо болез 45 работ. Список основных публикаций (31 на-имзновакие) приводится в конца автореферата.

Всэ эксперэлентальннэ рэзультатн, представленные в дассарта-цяи» получены автором яечео нлй при его непосредственном участии, Автору принадлежит анализ и обобщение всего цикла работы по тема диссертации, а такяэ основные, представленные на защиту пологе-ння я выводы диссертации.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ Диссертация состоит из введения, десяти глав, разделенных по тематике на 3 части. В заключительной главе представлены осноьные результаты и выводы работы..Диссертация содержит 208 страниц "%шинописного текста, 75 рисунков и

7 таблиц. Список литература содержит 104 нашановадая, а список работ, оцублнковаяйнх по теш диссертации, составляет 31 наикэ— нований.

. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖИ® РАБОТЫ.

ЕЕЕВЛЯ ЧАСТЬ. "Методик эксперимента и теорв-ТЕЧзекге псло-цвния"' содержит трз главы.

В: ПЕРВОЙ 1ЖВЕ взлоаона мотодаа экспериментального ксслздо-завия термошгнитпнх эффектов в скленвк ыагшшшх полях к кзпо -шм ВАХ при БГТ.

Кэтодека экспоршента• подразделена на- 2 параграфа.

Параграф I.I. посвящен выбору ш-тэриала для ксследования в приготовлению образцов, а такяо методике изшреннй термоудгкятннх эффектов в полупроводниках при низких температурах. 3 рзбото больше удалено внимание узкозоннш к басщелевым .полупроводникам. Основным материалом'использованным.для изучения торгдоздс к еффок-та Н.-Э. в квантуюцеи маипхтноы поле является аптимонцц ипдня П -типа. Еольшя подвижность электронов при Т ¿77 К и малая. сффо!:-тивзгая масса = 0,013 позволяют наблюдать на зтйы материале аффекты-квантования в льгко доступных стационарных шпшт -шд полях (20-30) кЭ. Бшш исследованы и другие уэкозошшэ и бесщелевые полупроводники: ed* , .В п - KJ-'f впервые изучены ТЭДС в продольном и поперечном квантувдих магнит-них полях. •

Вследствие инверсного характера зонной структуры, шранг> запрещенной зоны в соединениях ¿4 £ и тс почти линейно зависит от "Х" и обращается в нуль при определенном со -дергании третьей компоненты. Оба твердых раствора, .характеризуются малыми эффективными массами и большими значениями - фактора и подвижности электронов в окрестности точки инверсии зоны проводимое т ж валентной зоны, что делает их удобными объемами при исследовании квантовых явлений переноса. Образцы бшш вырезаны ИЗ слитков, полученных г* методу Бридамена, перпе дикуяярно линия:.! равного состава.

Бшш измерены образцы ¿Ух Ц,-*7' с X от 0,06 до 0,16 ж образцы ¿к«* Щ,-* с X от 0,03 до 0,08. Измерения кинетичес-

гах коэффициентов проводились с помощью припаянных и приваренных потенциальных зондов, отстоящих от торцов на расстоянии большем ииринн образца/ Состав образца определялся по значению коэффициента Холла в собственной области температур и по спектрам фотолюминесценции.

Измерения термомагнитных эффектов проводились на постоянном токе и при постоянном гг < 2 К см""* потенциометрическим ыето -дом в электромагните с напряженностью магнитного поля до 36 кЭ и в сверхпроводящей соленоиде до 70 кЭ.

В параграфе 1.2. дана методика создания БГТ и измерения ВАХ в высокоомных полупроводниках (герлаяяЗ,кремний). Приведены схемы установок для создания БГТ в объеме высокоомного полупроводника как с помощью нагревателя и холодильника, так и проходящим по образцу током (дао/левым' нагревом), при зссиметгачном теплоотводо.

Исследование ВАХ на образцах бя_ и с омическими контак-

тами, в объеме которых создан градиент температуря проводилось как в постоянном, так и в переменном электрических полях. Установка для измерения ВАХ позволяла снимать характеристики в температурном интервале от 60 до 500 К.и в магнитном поле до 20 кЭ. Кроме того, установка позволяла" снимать распределение электрич с-кого шля и температуры вдоль длины образца с гигом 0,01 мм.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ "Термомагшште эффекты в сильном и КЩ" из-лояенн следущие вопросы теории явлений переноса в полупроводниках: ТЭДС в поперечном1 квантующем магнитном поле (ШШП), эффект Н.-Э. в ПКМП и ТЭДС в продольном. ЮШ. . ..

Вычисления термомагнитннх эффектов проведены в Г* при малом градиенте температуры" (ГТ), удовлетворяющем условна лт«т .

Известно, что магнитные поля становятся квантующими и приводят спектр электронов к квазиодномерному случаю при выполнении следующих неравенств И7е * I , . -ЯXI > -Кт , где _а = сн/т^с -.циклотронная частота, Н - напряженность магнитного "поля, т* -эффективная масса носителя, за ряда, Тр . - время релаксации импульса, Т - абсолютная температура, К - постоянная Больцмана, о -заряд электрона, о - скорость, света.

Большое внимание уделено влиянию спина электрона на явления переноса. Спиновое расщепление уровней Ландау влияет на кинети -ческие эффекты, если в дополнение к указанный выше неравенствам

выполняется условие кт {<§ - фактор снектроскопичес-

кого расщепления уровня анергии в магиитногд поле, ju - магнетон Бора).

В диссертации приведены конечные результаты вычислений тер-момагштных коэффщиентов (продольной и поперечнойс^/'О

ТЭДС, поноречного эффекта Н.-Э. 0.1(н) в Kiffi), необходимые для интерпретации эксперимента,

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приведены результаты вычислений ТЭДС и волке-ашерной характеристики (ВАХ) высокоошого полупроводника яри БГТ, приведенные в работах .

БГТ приводит к термической.генерации неосновных носителей тока, которые вносят существенный вклад в процесс: переноса влек-трического тока и теша.

Согласно [2*) , иод БГТ понимается ГГ„ способный на длине диффузии неосновных носка-едой изменить концентраций носителей тока. Тепловая шгавкция неосновных носителей тока приводам ж воз -

никновонлю ТЭДС в однородном образце полупроводника, горцы которого находятся при одинаковой температуре, а середина имеет более высокую температуру и спад температуры к обоим торад» является несишетричннм. ТЭДС неосновных носителей тока носа? шя Бенедак-са.

Теория ТЭДС при Б1Т дана в работах [2* , 3*] * В [2*} показано, что вффект Бенедакса возникаем из-за диффузии тершгадскн генерированных неравновесных" носителей тока в область образца о низкой температурой. Согласно [2*] 5 ТЭДС Бенедтнса появляется при БГГ, приводящем к неравенству LT^< ib{Lr~T/ivr¡-í^if¿г; я,Т -коэффициент даффузии и время жизни неравновесных носителей тока).

Согласно [3*] , ТЭДС 'Бэнедикса возникаем к яри условии Ц» ¿I вследствие разогрева носителей sosa тепловым полем.В последнем случае,, в [3*] получены следующие выракения дня ТЭДС Бенедакса T¡¡ при рассеянии энергии носителя тока на акусхи -ческих фонолахt а импульса на ионах примеси»

.г 57 tQ ( at)* Ti *(Т0 f Т.) 'б leí tn¿ (лх)Т.1-7*

а при рассеянии внергпн и импульса носителя тока на акуотнчеокпх фононах

(дл^т.'Л' (2)

где Тр с с^- - средние времена релаксации носителей тока соответственно, на фононах н примесях, Ь'3 - скорость звука, Т, - температура нагретых торцов образца, К - постоянная Больцмана, Д х -длина, на которой создается БГГ, То - температура среды.

Излояены основные положения теории теплового выпрямления и обсуяденн экспериментальные данные, подученные до проведения на -шей работы.

. Авторы работы [4'] предприняли попытку объяснить тепловое выпрямление с помощью теории, созданной на основе представлений о новом типе дрейфа, возникающем при БГТ в электрическом поле .Теория нового типа дрейфа ( А - дрейфа, где А -/(„ ) оазрзботана в [5 4.

Согласно [А"] ВАХ внсокоошого полупроводника при БГТ имеет взд . • _...

у_-----(3)

где о0 - электропроводность, V - 'напряженна, / ■ - плотность тока, С - длина те рмодаода, 6 = подвижность

дырок ( Ы и показатели в степенных зависимостях подвижнос-

тей электронов и дырок : ~тл, т''. К

Несмотря на. то„ что автора работы [4"] предсказали асимметрию ЕАХ относительно знака ^ (см.формулу (3))„ теория качест -венно подтверждает эксперимент. Механизм теплового выпрямления объяснен в нашей работе [I] с- Максимальный коэффициент теплового выпрямления в работе [I] объясняется совместным действием нового типа дрейфа, а;,биполярного дрейфа и условного р-п перехода, ннду-щтруэмого БГГ. ■

ВТОРАЯ ЧАСТЬ ДИССЕРТАЦИИ "Результаты экспериментального исследования термомаппгдшх эффектов япи талом градиент. температуры ( &т/л.х * 2 к/см) % в квантующем магнитном поле( ЛТ> ¿ ,

> кТ )" содержит одну главу, четвертую.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ "Термоэдс и потреадьй эффект Н.-Э. в %,М Слги тс в квантупцем магнитном поле"

приведены результаты экспериментального измерения и их обсужде -

иие. '■ '■."■."'■

В 4.1. приведены результаты экспериментального измерения ТЭДС невырожденных п-ХМ и «-в сильном и квантующем поперечном магнитном поле.

В работе [б*] нами впервые обнаружено, что в КМП ТЭДС г.-ЪМ1 резко возрастает. Работа [б*] положила начало новому направлению в исследовании явлений переноса - экспериментальные измерения термомагнитных эффектов в КМП.

В этой работе было показано, что между существовавшей тогда теорией и экспериментом нет соответствия. Работа Люри и Дяебола [7*] выполненная после нашей [6'] , показала , что обнаруженная на ми разница меаду теорией и экспериментом обязана росту в КМП фо -нонной доли ТЭДС.

Подтверздением того, что резкий рост ТЭДС обусловлен квантованием энергии, является отсутствие такого роста магнетоэдс в случае арсенида индия, где условия квантования но выполнялись.

Было установлено, что в слабом поле как в , так и в

п-ТнА ТЭДС уменьшается с полем, что указывает на расстояние электронов на ионах примеси в этой области температур.

Вопрос о влиянии спинового расщепления уровней Ландау на!ТЭДС невырожденного полупроводника в КМП долгие годы оставался открытым (см. нащу работу £8...в'цитированной литературе).Не бкло яси ътеху экспериментально измеренная величина ТЭДС в ЮШ согласуется с теорией не учитывающей наличие сшша электрона. Ответ на этот вопрос найден в нашей работе [2] .

В работе [2] исследована ТЭДС (п = 1,8 Ю14 си'3) в

области перехода от сильного г^ля к квантующим полям. Показано,что носе насыщения в сильном поле поперечная ТЭДС расти' в КМП: квантовый прирост териоэдс сравнивается как с теорией, не учитывающей спин, так и с теорией, учитывающей наличг- сшша электрона.

Квантовк добавки ..¿ектроннсн доли ТЭДС (величина ТЭДС в классически Ъильном ггагнитном поле), Д"я полей, удовлетворяющих условк

у,Л » 2 к т (¡>- //.а / 2 к т) вычислялись по формулам

баз учета л с учетом спина электрона соответственно. В форглулпх (4) Ш* - эффективная масса электрона» /.% - масса свободного электрона, £ - фактор спектроскопического расщепления.

Устапоплсно, что обнаруживаемое на эксперименте согллеке с теорией, но учитывающей спил, обусловлено двумя обстоятельствами

1. ошибками при нгггореняп мягя'бтотсрмоэдс (МТЭДС)

2. влиянием изменения фононной доли ТЗДС в КМП.

Как известно, эелятша ж» сипения поперечной тсрлоздс ( ) используется для вычгтсдспзх эффективной уаесн носителей -тс.;а при любом механизме рассеяния, если известно значение постоянной Холла ( ). Эта методика применена нагла для вычисления эффективной массы электронов арсеквда индия в области текператур(35-80)К. Было установлено, что в н-ЯЖ с зыроаденной системой электро нов эффективная масса зо гсггяотся о тгьшоратурой [3] .

Исследование концентрационной зависимости эффективной ¡лаосы показало, что она подчиняется закону Кейка дал случая л

совпадает с результатом, ггдучсгзпа: з работе ¡Сорепйгата Л.Д. [У], где яаучпяас* структура зопи пг.сюз-костк арсешда. аа-

дия.

Измерения термоэдс «- в поперечном квантующем поле

показаяп, что к^аптог^ пгтртст Т?ДС подчиняется •¿ата&ясхи <5с<~-ОД4 к/е ( - Т), соответствуя?;-:! д^леношш ¿лек-рспной доли. Последнее указывает на то, что в арсениде индия слабо элект -ронко-фоконное взая?,1:одействие при Т<35 К и пот поэтому (фононной доли ТЭДС.

Бесщелевой полупроводник Те представляет собой

объект на котором можно проворить положение теории о том, что в поперечном КМП, в кеянтоесм пределе и при сохранении состояния сильного вырождения системы носителей, электронная (или диффузная) доля ТЭДС подчиняется степенной зависимости от магнитного поля

' • п г

(&с* ~ Н ' из-за влияния сильной непарэболичности зо-

ны проводимости' [10 . По' -ольку в случае сильного вырождения

йб имеет место фононное узеличешге, то изменение ТЭДС обусловлено

одной лишь диффузионной долей. Нами в работе [4] на при температурах жидкого гелия з жшк до 60 кЭ измерена попзреч-иая ТЭДС. Б интервале магнитного поля (2,3< Н (кЭ) < 82) сохраняется квантовый предел и ешшюа вырождение е поэтому количественное сравнение можно провести с теорией с учятнваадей лишь диффузионную составляющую ТЭДС. Было установлено, что ( а)Ацрп 4„5К в поле до 60 кЭ меняется по закону Н^»®, чтосоответствует пред -

сказанию теории. Из зкспэкяыешадгной велачшы ТЭДС вычислена эффективная масса ¿7*г 0,0056 мв , что соответствует величина,

полученной кз гагнетооптичзского эксперимента.

Исследование поперечной ТЭДС . [5] дало возмож-

ность обнаружить влияние обменного' взашодействия электронов зоны проводимости н дырок валентной зоны с электрона;/;-, локализованными в с1 — оболочке магнитного иона ( и . Р-Ы обман), на измеряемый эффект.

Установлено0.что е полутгагиитном полупроводнике благодаря обменному взаимодействию алеется область (15-50)К, в которой удельное сопротивление £> » постоянная Холла Я и ТЭДС меняются . очень сильно - так называемая область магнитного выпаривания ( ¿'-¿¿?Н )„.в этой области вследствие изменения энер-

гии активации'доноров рззко узелзгшавтея количество дырок, что в свою очередь приводит к уизньЕевшэ.ТЭДС с ростом магнитного ноля.

Ловздание ¿¡ТЭДС (уменьшение'ТЭДС с'магнитным полем) показало, что тяяелыа дщшг 'рассенваатся аонаш пригласи. 'Кроме того, уста -новлено, что рост концентрации дырок с магнитным полем обуслов -лен влиянием обменного взавходзйотвня на спектр связанных состояний.

В 4.2. приведены экспериментальные результаты измерения поперечного эффекта Н.-Э* на антнмоэдде индия в области перехода от сильного к квантующим ыагаитным полям [7,8,9] „ Согласно квантовой теории термомагнитных эффектов при рассеивании носителей на ионах примеси знак коэффициента поперечного эффекта Н.-Э. при переходе от сильных к квантувшщм полям не меняется (остается положительным) , а если носители рассеиваются на акустических фоно-шх, то указанный знак меняется с отрицательного на положительный. Положительность знака постоянной Н.-Э. при всех механизмах рассеяния и при любой статистике носителей,обусловлено поведени-

ST5 ПЛОТНОСТИ СОСТОЯНИЙ В ЯЕЭПТОВШ пределе Я, (f) ^ (£- ¿í}/l)~Vli

В работа [?] эвспергшнталъно измерен на Os(n)

23 п 80 К в ейотитнш: полях до 60 кЭ. Изтлераниг подтвердили прэд-сткянне теория: пря 23 К G положителен, а пря 80 К Ql меняет знав с отряда тэлн-юго за шлоаатолшй пря 14 кЭ. Согласно теория смэна экака Q долдаа произойти в нвтзрвалз полей 8¿H кЭ < 16. Эксаэрзкнталт-ксе значзкне поля, Ера, кото pos прозсходат смена зна-ss 14 кЭ, находзтся з указанном интервале» .•тео- йодтверддает теораэ (рас Л).-

В' 4.3. прздстаадгзз® результаты изггорепия продольной ТЭДС в йЕ&нтущг-л йзгаггеаои по.та ка электронном- антимоннде индил.

' В ра^то [Ю] кссяедовака продольная МТЭДС с л=г-ю'смг s изкдовк-з поло до 30 г:3 при температурам (2*30) К. Из температурной ( } Н МаГНвТОПОЛОБОЙ (o<ft - / СО ) -зависимостей фоноякоЗ доян ТЭДС установлено, что зреад релаксация продольных дгснзовалгоБш фсиокоз в Ai/ подчаняется зависимости T¿~ot'' .( 9 - волновой вектор фононов,-? - абсолтшя температура).

ТРЕТЬЯ' ЧАСТЬ жссертецж "Явления перекоса при большом градиенте температур^" состоятся из яят.ой, шестой, седклой, восьмой, девятой глав, посзлщс:га научянз я' пргякадшгл результатам псслздо -ваная 'гэрлоэде н МХ внеоиоо-ятя пояуарозодняков ( Ct , )

Ери БГТ. Изкеревяя проводились в условиях.: £17«, I, ixi« £т и VT5 I03 К см"1.

В ПЯТОЙ 13ЙВВ фли результата наследования ТЗДС к BSX Германия пря БГГ. ...

В 5.1. пряведени результата щзкерсетя я обсуждение ТЭДС Беие-дзяса на ,<->-Се с у - 40 Он- m а интервала температур (2Б0-:-550) К [ll] . Измерения ТЭДС Бзнедаса проводились на образцам о pasSEMS р?знзроиз, so о одазакозыд ГГ = 8 10 К см-1.

Температурная зависимость' тергоэлактрзчаского напряжения Бзнедаса % соответствует фордулям (I) и (2). Результаты эксперимента показали, что при ГТ « 8 102 К еиГх в reí анин sa счет БГГ зознякавт неосновннэ нос .'ела- «сна, етветствзникэ .за появление ТЭДС Бонедикса >

Ь 5.2. дг-»ы результаты нееяедованяя ВАХ кри БГГ s к- и р-

___ГА _-

германии [l2,13 ,14] . Остановимся ж основных результатах зткх исследований,

С целью экспериментальной проверки возникновения при БГГ в электрическом поле нового тина, дрейфа бнло исследовано тепловое выпрямление ка образцах я . В электронном германии ь - дрейф z амбнполярный дрейф направлены в разные стороны [5*] .

Были измерены BAI на .•»-& зри наличии и отсутствии в объема образца БГГ.

При полярности'приложенного напряжения, когда "+"'источника со стороны холодного торца образца (пропускное направление) амби-полярный дрейф уменьшает ток (концентрацию носителей), а Ь -дре!" " - увеличивает. Естественно предположить, что 'наблюдаемый в этом случае рост тока (по сравнению с током в отсутствие БГГ обуслов- • лен в основном- h - дрейфом.

При обратной полярности приложенного напряжения амбиполярньй дрейф увеличивает ток (концентрацию носителей) a b - 'дрейф уменьшает. Наблвдение. в этом случае уменьшения тока (по сравнен™ с током при отсутствии БГГ) логично отнести также b -дрейфу, ^тн исследования подтвердили, что при БГГ в электрической поле возш-кает новый тип дрейфа, который вносит определенны!! вклад в тепловое выпрямление [12]

Было установлено, что наблюдаемые величины прироста тоги (в пропускном направлении) и уменьшение тока (в запорном направлекш) не равны друг с другом. Последнее подтверждает, что помимо амби-полярного дрейфа и /> -дрейфа существует еще фактор,'вносящий вклад в тепловое выпрямление.

Как будет видно из дальнейшего этим фактором являеася силь -ное термоэлектрическое поле, возникающее в области перехода от примесной к собственной области [i] .

Было установлено, что максимальный эффект теплового вцпрям -лени (коэффициент выпрямлен имеет i.:eсто только в полу-

проводниках, в которых отношение подвижностей электронов и дырок зависит от координаты при условии, когда области примесной и собственной провода >сти благодаря БГГ стационарно соседствуют друг с друге .. °бъясня-тся эго гем, что в осуществлены вкпрямле-ния участвуют новый тип дрейфа ( Ь - дрейф), амбиполяркый дрейф н резкий скачок термоэлектрического потенциала, который возникает

благодаря Бд.х п.области парохода от примесной к собственной об-ласта.

В пе рвшачалькых зксгтергтмонтах ГТ создавался нагревателем и холодял?яяком, а ггр:т дальнейшее измерениях - протека кп?гм током. При этом ГТ создавался той часты» ?.го"ц-ости, которая рассеклалась на образце. Такая г.етодака сездгпнтя ГГ (саморазогрев) явилась козой ступень» в изучен::*: зккх.ш:.!ления электрического тока тетгло-дподагли.

Согласно теории терсодкодч |4*} , построенной на основе

представлений о Ь - дрейф*} (г-йепзно тегега! Ь - дрейф введен Добровольским В.Н. з работа [5"] ), БЛХ тор^одиодд после резкого изченення тока в точке шроклтечяя лрял'^'аат ^полний характер. Отсутствие количественного сог-"чс:тя объясняется тем, что теория термодиюда [4*] но узатдозв? ен-тк-:ое в*п;ятп*о кз тепловое выпр«г> лбико резкого ?;л прения, когорт'!

особеьыл золи:* в дароадйс в сблас^ перехода о? пр-с.;.-!»-

ной к собственной провоказстп при БГГ [I] .

Относительно болктой зфрзкг теплового внпрямленая в сбряудах р-йс по отаюдгешго к о бразда* **-<к качестЕетшо объясняете:' тем, что в случао р- <?« действия Ь - дрзй.да и лмбиполярного ва складываются [4'] .

При поренапряиешш тортадаодз. часть образца со сторона холодильника перегребается, в обратной взтзи ЕАХ пошляется "петля" пробоя. При дальнейшем увеличении напряжения тешодиод пробив* -ется и перестает яыпр.чмлять. После сброол нппрякеняя тор'эдпюд восстанавливает срои характеристики. Последнее отличаот его от обычных диодов с р-п- переходами.

В запорном кгшравлепзш возгап'ает термический грэдкентно -дрейфовый до:,сен (ТГДД) на который падает больное напряжение, что и приводит к увеличению сопротпвленяя. Способствует его возник -новению Ь - дрейф и больное термоэлектрическое поло в области перехода от примесной к собственной проводимости. . .. '

В ШЕСТОЙ Г.ТАВЗ дана результаты исследования и обсуждения теплового выпрямления в кремнии [15,1б] .

Исследования теплового вкчрямяения в кремнии показали, что в кем аффект мал по сравнению с германием. Объясняется это тем, что

а кремния члон, характеризующий вклад h - дрейфа з проводимость, В, мал и тем, что термоэлектрическое поле в области перехода от примесной к собственной области составляет 0,1 значения термоэлектрического золя герм-швд.

В результате исследования теплового выпрямления в кремнии было установлено, как и в германии, h - дрейф играет существенную роль в выпрямлении переменною того, что знак выпрямления зависит от количественного соотношения Ь - дрейфа к аыбиполярного' дрейфа. Поскольку э обратно смзарннак крешиавых термодиодах напряжение больше ко сравнению с германиевыми термоднодами, то имеет место разогров носителей, который так ке оказывает влияние на. Ь -дрейф, уменьшая его. Последнее обстоятельство такав приводит .к тоцу, что ко&Хфицкент теплового выпрямления в kjwmhek мал до сравнению • с соответствующим коэффициентом в германии. .

В результате исследовашядстановлено, что в образцах с удельным сопротивлением у- 1,2 10° Ом см., превалирует амбииолярный дрейг, а в образцах с р =7,5 10^ Ом см - Ь -дрейф. Последнее обстоятельство приводит к тому, что коэффициент теплово: > выаряи -ления больше в более чистом материале.

В СЕДЬМОЙ ГЛАЗЕ "Термосттлулированные р-п переходы" обсуждается возшшновение е высокоомном материале дырочного типа при БГТ условного р-п перехода, способствующего тепловому выпрямлению,.

Распределение термоэлектрического поля вдоль образпэ, в котором благодаря БГТ стационарно соседствуют примесная и собственная области проводимости„ показывает наличие, резкого скачка потенциала. Обнаруженный резкий скачок потенциала, h - дрейф и амбиполяр-ный дрейф способствует максимальному коэффициенту выпрямления.

С целью обнаружения вклада термоэлектрического поля в тепловое выпрямление нами были проведены измерения, реализованные в следующих трех вариантах [I] . Известно, что полупроводник с отличной от нуля шириной запрещенной зоны имеет температуру перехода от примесной к собственной проводимости Т; , при которой резко меняется постоянная Холла.' Создавался П\ при котором образец на тег,оторатурной скале находился I) нюхе 7; - чисто примесная область (Т., - Тн - Т,- ), 2) выше Тч- - чисто собственная область (Т, - 1\. с X,), 3) в окрестности точки Т; (Т, -- Т.: < Т,, ) Т, - температура холодного торна, Т„ - теглперятуря ropjr-oro .

горца.

Образцы были изготовлены из р-С* с размерами межгантапъной области (I х I х 1,6) мм3. II ^ Ю3 К см"1 создавался с по -мсщьа нагревателя и холодильника. При первом и зтором вариантах' эксперимента наблюдается небольшая асяметрия на ВАХ. Зто обусловлено не только изменением величины Л - дрейфа (он уменьшается при высоких температурах из-за изменения времени яизни) и амбиполярно-го дрейфа (его нет в собственной области), но и в результате того, что в этих областях малы перепады термоэлектрического напряжения (такие переходы мокко обозначать переходами типа "п+-п" и "р+-р", которые не обнаруживает существенного выпрямления). При третьем варианте эксперимента наблюдается существенное выпряшегаге. В этом случае совместно действуй1 Ь - дрейф, амбиполярный дрейф,и терло электрическое поле,способ ствуюпэ е возникновению условного "р-п" перехода. Переход от "р" области к"п" области возникает из-за БГТ, а не в результате введения примесей (в этом смысле он условный) ."Знак выпрямления такяе свидетельствует о наличии ."р-п" перехода: пропускное направление имеет место, когда к "р" области приложен "+" источника тока.

Из работ [1,11] следует :

1. Б собственной области тегоювоа выпрямление мало (коэффициент выпрямяегс*я -10). Объясняется это .следующими причинам

а) зклад Ь - дрейфа г®л из-за уменьшения времени низки при высоких температурах [5*] , б) амбиполярный дрейф стремится к нулю г в) знак термоэлектрического поля не меняется, возникающий при этом перепад потенциала приводит к условному переходу типа "п+~п", который не выпрямляет ток.

2. В примесной области коэффициент теплового выпрямления составляв*!: величину порядка ~ 20. Объясняется это следующими причинами •. а) в этой области р-С* шеет высокое сопротивление и действие ь - дрейфа мало сказывается яа ого величине из-за малг^о времени к'зкм; б) действие амбиполярного дрейфа ослаблено из-за зшолпошя условия р. - и. « •, з) слабое изменение гэрмо -электрического поля з отом случае мояно описать ».эреходом типа "р*-р"» который такие не приводит к зкпрямленшз тока. Совместное действие указанных факторов чает в результата лишь незначительную величину коэф^цщента теплозого выпрямления, отмеченную зьта.

3. В случае, когда ГТ расположен в окрестностях точке Т,-когффицкент выпрямления составляет величину ~ Ю4. Объясняется это следующими причинами: а) Ь - дрейф вносит существенный вклад в тепловое выпрямление, поскольку время жизни велико в начала собственной проводимости; б) из-за того, что часть образца находится в примесной области, амбиполярный дрейф отличен от куля; в) возникает резкий скачок термоэлек-рического потенциала, который создает условный "р-п" переход, вносящий существенный вклад в выпрямление тока.

На рисунке 2 представлены результаты эксперимента при укагая-ных трех варантах (кривые 2,3,4) и ВАХ, расчитанная по даффузи -онной теории для образца германия с технологически созданным "р-п" переходом (кривая I).

Видно, что имеется качественное согласие мезду теорией и экспериментом. Отсутствие количественного согласия обусловлено, по -видимому тем, что нот теории, учитывающей одновреме!Пюе действие 6 - дрейфа, амбиполярного дрейфа и резкого изменения термозлект -рического поля. Отметим, что при третьем варианте эксперимента термодиод имел следующие шраметры: обратное смещение 250 В, прямое падение 8 В, прямой ток 3 А и-обратный ток 0,01 А. Результаты работы [I] дают основание считать, что с помощью БГГ могло стшулиро -вать возникновение в р-0е "р-н" перехода, отличного от обычных технологических "р-п" переходов.

В ВОСЬМОЙ ГЛАВЕ "Колебания тока при пробое термодиода" пред -ставлены экспериментальное исследование и обсуждение механизма пробоя обратносмещенного термодиода..

В 8.1. приведены некоторые теоретические положения возникновения колебаний в ЭДП полупроводника. Одно из ярких проявлений нелинейной физики состоит в образовании автосолитонс (АС). Согласно теории [12'] АС могут образоваться и в ЭДП полупроводника»разогретом электрическим (либо сильным тепловым) полем. Температура Т • электрическое, поле Е в АС во много раз выше, а :онцентрация ц ниже, чем их значения к сосодшпс участках.

Неравенства I > " к ' с<+ 5> с являются словиями существования АС в сл ¡оро.зогре- й ЭДР полупроводника (гда <-о0/7-длина релаксации анергии, - диффузионная длит носителей, Т,> - Т * Т( ~ Т ? '7, - время ре-таксации импульса, 7Т -

- время релаксация энергии, Тг - время :шэни носителе,! тока).

Порвоз КЗ ЭТИХ УСЛОВИЙ 21Я10Л!Я0ТСЯ благодаря тему, что в полупроводниках время рекомбинации носителей больше времени релаксация пх снергка ( Т^ » )•

Второе условие { 1 > о ) - условие образования термодиф-«¡узппх АС - кояет выполняться в сильно астязтрической ЗДП, каким является ЭДЛ германия.

Независимо от способа возмущения ЗДП (светои, БГГ, электрический полем) следует различать два случал при которых могут возникать АС: I) ТР <'< Гее < Т( , 2) ?/( Ге . 3 первом случае происходит расслоение электрического поля, а во втором случае - расслоение тока.

В 8.2. приведены результата экспериментальггого наблвдения колебаний тока при пробое тормодиода из дырочного германия.

На зозмо;шость возникновения неустойчивости тока в собственных полупроводниках о различная температурянш зависимостями подвизаю стеЯ электронов п дырок впервые указал Шсцдер [13*] . Более корректно эту задачу решил Грибников [14*}- ., который назвал эту неустоЯчстость термодройфовой. Термодройф ( Ь - дрейф) впервые наблюдали Добровольский [5'] в и авторы работ [II, 12,13]

в р - Се , независимо друг от друга. Нами в [17] показано, что в процессе Ь - лро'АЪг возникает колебания тога при высоких уровнях возбуждения плазмы вследствие неустойчивости ее квазинеоднородного состояния. . ...

Эксперимент проводился на образцах из р- 6? ( р =<10 Ом ид) двух пьеде стальной форли (I- образны!) с размерами рабочей части (перемычки) 1x1x1,5 . Сдшз.1 торцом образец пришивался к холодильнику, ох.'шдаемому содой или яидкпм азотом.- Через антпзапор-нке конгакти на торцах по образцу пропускался переменный ток с частотой 50 Гц. Вследствие лдоулевого натрева л несимметричного тешгоотвода в образцо устанавливался постояыьй БГГ, пгправлгтннй по пли против электрического поля, в зависимости от полярности приложенного напряжения, Возиикз""Тие при этом термодрейф и термости-мухгрованнкЯ "р-п" переход способствуют возникновению ТГДД и осуществлению выпрямления т^ка.

Яри дальнейшем увеличении приложенного электрического поля

о

в предпробойной области в запорном направлении возникают колебания напряжения и тока (рис.3).

На рис.4 приведены временные развертки напряжения и тока в запорном направлении. На осциллограммах V i + ), JX * ) ясно видны "пички" от электрического пробоя домена в образце.

Возникновение колебаний объясняется следующим образом. Установлено, что при повышении ооратного напряжения в образце возникает ТГДД - область высокого сопротивления, обусловленная уменьшением концентрации носителей заряда, вследствие,неравномерного ГГ и возникающего при БГТ Ъ - дрейфа. ,

С повышением напряжения ТГДП, смещается к холодному концу обр--еда, уменьшается его размер и растет электрическое поле в нем до пробойного значения.

После пробоя ТГДД сопротивление образца уменьшается и через время формирования спонтанно возникают колебания тока.

Статический высокополевой домен у анода играет роль затравки для возбуждения колебаний тока. По'мере роста обратного смещения домен смещается к катоду, т.е. к торцу образца со стороны холо -дальника,

С изменением управляющего, параметра (мощности тока) амплитуда колебаний сложным образом изменяется. В течение обратного полупериода в зависимости от амплитуды приложенного напряжения последовательно, возникают движущиеся области колебаний тока. Форт колебаний релаксационного типа. Условия нашего эксперимента удовлетворяю? необходимым требованиям возникновения АС (II*] . В образце 'р- Ос с концентрацией дырок - tJs -iO ем3 в результате экстракции носителей b - дрейфом, когда векторы ~ и J параллельны и противоположно направлены j) образуется почти собственная квазинейтральная ЭДП с близкими параметрами электронов и дырок. Возникающий при БГТ /Ь - дрейф изменяет (уменьшает) концентрацию, злектр лов, что способствует ь. ¿никновению области г> высоки.', падежам напряжения - домена.

В условиях нашего эксперимента^харяктерн?" длина, остывания носителзй 4 ~ Ю~4см < 10~гсм и с/ + 8>-1 .

В разогрй-iol • SIT ЭДП действует процесс торможения с характерной длиной биполярной диффузии L " процесс активации с длиной

- cl -

остарания носителя /е • Как отмечено з О Л., необходимым условие!.'. существования тврмодиффузионнкх АС в активной распределенной среде .является , т.о. процесс ямгабировяния доляен быть

более дальнодейстзукхцим, чем процесс активации.

В этих условиях ( L» ?t + ) возникает, как было указано в 8.1., поперечны?, линиям тока ас., в зависимости от механизма рассеяния Ч-яергда? и .¡ммулы» носите >*)н, т.о. шла функций Жт) и

Г,.-(г) , в ЭДЕ1, разогретоЯ постояшшм полем, можно возбудить широкие АС размера или пичкосце AC (Soiwfoft вмплнтудч.

В условиях нашего эксперимента возникают колебания тока, близкие по своим характеристикам к термодидфузному АС.

Набявдаемая •частота колебаний ■ <Ъ ~ 10* Гц соответствует ско-ростн распространения колебаний по образцу. (длина образца 0,15см), равной 150 см/сек.

С цель« исследования механизма возникновения колибашй бытш сняты распределения температуры и электрического шля обратно-оме-щенного 'гермодаодя перед пробоем и в условиях возникновения стационарных колебаний тока и напряжения,

Как видно из рис. 5 до пробоя термодиода температуре. I к электрическое поле 3 шьш монотонные зависимости от длины сбраа-ца (кривые 1.3). После пробоя термодиода в. зависимостях Т (I) ж Е (I) появляются экстремумы (см. кривые 2.4). 3 области макеицут Е, по-видимому, рэоподокен АС.

На этом та рисунке представлена зависимость концентрации.от длины ft (I), вычисленная из экспериментальных значений Е (I) и Р(Т) (кривая 5.). Видно, что в области максимума Е располояен минимум Ц.

Экспериментально найденное соотношение экстремумов в зависимостях Е(1) я п(1) свидетельствует,.согдасно теории [II*] , о том, что в процесс« пробоя термодиодн возникают колебания тока близкие по.своим характеристикам я АС.

3 ДЕВЯТОЙ ГЛАВЕ "Приборы, освоватаке на тепловом выпрямлении" дэно описание приборов, предложенных на основа эффекта теплового выпрямления.

3 9. Г. д? ни опясшя работы и основные х»ртктерястакя нового

типа териодаодэ, названного в [18] £> - дгодол, Ь -диод прздстаг-яяат собой образец с двуия оикческшги контакгг&1лз на тордах, припаянный' одним концом к* холодильнику. Была испробованы различные формы образца. Наиболее удачной оказалась "Т" образная фор,а., В этом случае образец припаивался ворхаид торцом к холодильнику (рас.5). В [19] эта тот были названы тег-шературдо-градиснтщаш диодами (ТГД).

Предложенный тип даодв завд«н авторским 'свидетельством [17] Одной из причин низкого коаф&пшента. ышрлмлвкия к быстрого выхода кз строя ТГД является увеличение теплового сопротивления между холодильником и кристаллом, вследствие чаге диод перегревается. Б работе [2б] наш приведена новая конструкция рабочего тела. ТГД, которая позволяэт за счёт интенсивного теплоот:-;-;да хладоагонтом, к<йтавтирущш.1 с кристаллом, уволичить коэф-Тдцкент выпрямления.

В 9.2., яряаведргин рзауль-^атн исследования олягккл магнитного поля ня ТГД [21] . Известно, .что если в полупроводнике косится только основные носители, при действии шпшткого поля-меняется их тожагаглос.ть, о через нее и сопротивление. Если но в полупроводники пкеэтея наряду С основнш,ш и неосновнш носители, то при действии магнитного доля меняется но только их подвижность, но и концентрация [1С*] . Зтвд объясняется большая тгшточувствитель-иость шгнотодаодов на :,р-п" переходах.

Исследование ТГД в поперечном магнитном иоле показало, что сильнее меняется прямой' ток, чек; обратный, в результате чого изменяется коэффициент.выпрямления. Сильное действие магнитного поля на прямой ток обусловлено тем, что параметр В зависит от величины тока. Влияние магнитного поля на ТГД объясняется изменением не только подвижности, но и концентрации носителей тока.

Б 9.3. "Полупроводниковый переключатель" излагается работа переключателя с // - образной БАХ, предложенного в [22] . Прибор состоит из нагревателя, холодильника'и дырочного германия, расположенного мезду ними, Медду холодильником и кристаллом, а также между нагревателем и кристаллом созданы хорошие тепловые и невыпрямлящие электрические контакты. Работает прибор следующим образом. С помощью БГТ, участок прилегающий к холодильнику, поддерживается при температуре примесной проводимости, а участок, прилегающий к нагревателю - при температуре смешанной проводимости. Бри приложении 'V источника к торцу, прилегающему к холодиль-

кику, а ясточнхи - к участку со стороны нагревателя на РЛХ ¡габлпдается /-образность. Регулируя температуры указоганк участков' кристаллов, моздо перемещать порог У - образности. Для сравнения отметим, что напряжение переключения (4С-50)В, значп -только нинэ аналогичного параметра в диодах Гана [15*]

В 9.4., "Управляемый терморезистор" приводится описание работы термореэистора на термодиодо, прэдлокеняого в [23) . Терморезистор состоит кз кристалла дырочного германия, радиатора (который мояет перемещаться вдоль ГГ) и двух выводов от нввыпрямляющих контактов.

Работает торморезястор следующая образом. 3 момент пробоя термодиода та обратному напряжению в цепи возникают колебания. Меняя величину БГТ (перемещая вдоль рабочего элемента радиатор), мо:шо управлять функцией терморезистора: возбуждать пли погасить колебания тока. Таким образом, управляемый терморезистор позволяет выпрямлять электрический ток или генерировать колебания.

Б 9.5. "Полупроводниковый выпрямитель" излагаются результаты исследования составного диода, предложенного нами в [24] . Прибор состоит из полупроводника с двумя контактами (один из которых выпрямляющий), припаянный одним концом к холодильнику. Поскольку часть приложенного напряжения падает на "р-п" переход , то такой комбинированный ТГД способен выпрямлять гораздо большие напряжения, чем обыкновенный диод с "р-п" переходом.

Способ 'выпрямления переменного тока ТГД запатентован в семи зарубежных странах [25, 26, 27, 28, 29, 30, 31] .

В ДЕСЯТОЙ ГЛАВЕ излагаются основные результаты работы.

10.I. Явления переноса в узкозонных полупроводниках в сильных и квантующих магнитных полях (при малом градиенте температуры) [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. 10]

I. Исследована ТЭДС п-td, «-Х/Л-, п - cd^i/^.Je и

I) Показано, что наличие фюнонной доли и методические ошибки при экспериментальном измерении ТЗДС в магнитном поле в области перехода от сильных к квантующим полям приводят к кажущемуся cor-

ласию ¿>ксперамента и теории, не учитывающей наличие спзвз электрона [2] ..

2) Установлено, что эффективная 'масса электронов n-7>Ji% в интервале (3,5-80Ж не меняется и равна 0,023 т. . ' ■' Концентрационная зависимость эффективной сои описывается формулой Кейка для . > % [3]

3) Показано, что ТЭДС -я- Cj_y itr,.xTe в квантующем магнитном поле меняется по закону (ьос [4] , что указывает на резкий роет ТЗДС при сильной непараболитичности. Из сравнения с теорией вычислено,, что >»' =0,005 /п. .

4) Установлено, что в неквантугацем поле ТЭДС дырочного ^¡¡¡.¿и утлзньшается'вследствие увеличения числа дырок из--.-з»

магнитного выпарцвакая ( m&fnelie Iniotf ) вызванного обменным взаимодействием вследствие изменения анергии ионизации акцепторов в магнитном поле [5,6] .

' Знак МТЭДС указывает,на то, что тяделые дырки рассеиваются на ионах примеси. . '

. 5) Показано, что в электронном антшоааде' индия в. интервале температур (15-ЗОЖ как продольные, так И поперечные шонона рзлак-сируются на тепловых;фоноках и время релаксации .подчиняется зависимости pr*, (зависимость, предсказанная Сайшнсом. [ю] ).

II. Исследован поперечны!'; эффект H.-S. в в квантую- .

щем магнитном поле [7, 8, 9] . '

■ I) Установлено, что постоянная эффекта-Н.-Э. антимонида нндяя меняет знак (с страдательного на положительный) при переходе, от . сильного к -квантующем полям в случае рассеяния на акустических фо-нонах I», независимо от механизма рассеяния» имеет положительный знак в квантувдем магнитном поле [7] , что подтвех тает теорию [IfrJ

10.2. Термоэдс „ тепловое выпрямление к .колебания тока при большом градиенте температуры высокоомншс "получрс^т^ [l.:i,I2,13,14Д5,16,17,18,19,20,21,22,23,24] .

1) Обнаружено появление ТЭДС Бенедакса вследствии разогрева носителей тока тешгов .л полем.

2) Показало, что при БГГ в электрическом поле возникает новый тип дрейфа - h - дрейф [12]

3) Установлено, что если вдоль БГГ возникает градиент отноае-гая подвианостой электронов и дырок, то Ь - дрейф наряду с пиби-голярншл дрейфом оказывает существенное влияние на тепловое выпрям-[еше [12]

4) Показано, что з материале р- типа БГГ создает стимулирован-еый тепловым полем р-п переход , [12]

5) Установлено, что максимальный коэффициент теплового выпрягл-¡еппя, еоз1ш;пю!гдх1, когда вдоль БГТ стационарно "соседствуют" об -астя праглесной и собственной проводимости, объясняется не только [ибиполярным дрейфом я . Ь - дрейфом, по л существенным влиявшем ?ермостимулированного БГГ р-п перехода. .

6) Предложен новкЗ тип диода ТГД [13] , способный восстанавли-ить свои характеристики после пробоя при повторном создании БГТ..

?) Установлено, что улучшение охлаждения ТГД увеличивает на горядок его коэффициент выпряклеиая [20]

8) Показано, что уменьшение коэффициента выпрямления ТГД в агннтном поле обусловлено неодинаковым влиянием Ь - дрейфа на пря-юй я обратный токи в магнитном поле.

9) Показано, тго полупроводник с оыачоскаш контактами л ЫТ' ЮЕвт работать как диод [12] , щгнитодпод [21] , полупроводнлко-шй переключатель [22] , управляемый терморезистор [23] и состав-юй диод (в сочетании с технологически подученным р-п переходил) [24] .

10) Установлено, что при пробое горе/лицевого ТГД по обратному ?оку-возникают колебания тока, близкие по характеристике к АС..

11). Результаты исследований ВЛХ при БГТ защищены 5 авторски— т свидетельствами СССР [12,19,22,23,24] и запатентованы в семи ■ ¡транах [25-3171.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

1. Камилов И.К., Гадзпиалиев М.М. Торг.'.остшлуллроЕаннке р-п пароходы.// Письма в ЕЭТФ, I9SO, т.52, с.1259-1260.

2. Ггушалиев МЛ.!, Термоэдс п-%.% в поперечном капитаном пола// Изв.вузов Физика, 1993, т.З, с.26-29.

3. Гаджяализв М.М. Tepi.-.оэдс n-XJs в поперечном магнитном поле JJ ФТП, IS78, а1.12, с.1240-1243.

4. Гадаиалиев М.М.„ Бадаиева P.M. Терюэдс /г - а поперечном квантущсм апшпюи поле // Изв.вузов Зкзика, 1373, т.Ю, с.135-138.

5. 1Ьдгиалиев Ы.М. Магяетотершэдс -«^v* // й£П, 1992, T.2G, с.915-917. . '

6. АтаевА.К., Гадаиалиев М.М. Термоэдс в магнит-нем поле // В кн. транспортные к магнитные явления в полупроводниках и металлооксидах. Махачкала, 1989, с.39-42.

7. Гадяиалг.зв М.М. Поперечный эффект Нераста-Зхтангскузена в квантующем кагнитион поле// Изв.вузов Физика, 1993, т.2, с.124-127.

8. Ладатлпев М.Ч. Пеперзчхцй эффект Нориста-Зттгягсгйузана в квантуэт,ем магнитном поле • // Тезис:; докладов 4-го Всзрессий-ского совещания "Физика и технология широкозонных полупроводников". Махачкала, -1993, с.36.

9. Гаддиагиов МЛл. ПопэрэчшЛ эффект'Пьраста-Оттинхсгауобна i-п-У.-Ji з кваптуэдзи КШШТЕСЦ поле // Пзз.вузов ФизЕКа, ICS5, й I, с. I2G-I27.

10. Гадкиаллев М.М. Термоэдс п-в продольном квантующем магнитном поле//ФГГ, 1977,-т.19, с.I266-I2I8.

11. Надакалиев М.М. Явление Бенеднкса в электронно-дырочной плазме германия // В кн. Плазма в полупроводниках. Махачкала,

.1984, с.21-25.

12. Ав.св.СССР Ге 699962 от 03.09.1975 г. Способ выпрямления электрического тока // Амирханов Х.И., Башров Р.И., Алиев K.M., Гадаиалиев М.М.

13. Амирханов Х.И., Башров Р.И., Еаджиалиев М.М., Елизаров В.А.

b - диоды из германия // В кн. Неравновесные носители тока в полупроводниках. Махачкала, 1982, с.4-13.

14. Амирханов Х.К., Баширов Р.И., Алиев K.M., Гаджиилиев М.М. Тепловое выпрямление и отрицательная дифференциальная проводимость d герглании // Письма в ЖТФ, 1978, т.4, с.660-663.

15. Амирханов Х.И., Баширов Р.И., Бадкиаляев М.М., Мусаев А.М. 0 b - дрейфе в кремнии // В кн. Плазма в полупроводниках.

Махачкала, 1984, с.17-20.

16. Атаев А.К.,-' Бадаиалпев М.М., Муса ев А.М. Тепловое выпрямление в германии // В кн. Фото- и электрические явления в полупроводниках . Махачкала,■1985, о : 66-71.

17. Алиев' K.M., Бзширов Р.И., Гкдяиалиэв М.М.. Автосолитоны в температурно-неоднородной плазме германия // ФТП, 1994, т.28, с.900-903.

18. Амирханов Х.И.,.Баширов Р.И., Алиев K.M., Бзджиалиез М.М. Новый класс полупроводниковых диодов // HTФ, IS84, т. 54, с.953-954.

19. Ав.св. СССР й 786744 от 12.07..79.г. Способ- выпрямления электрического тока // Аыирхянов Х.И.i Баширов Р.И., Еадшалиев М.М., Алиев K.M.

20. 1Ьдаиалиев М.М., Германиевые /»-диоды// Сборник" Электронная техника", сер.2 Полупроводниковые-приборы. 1989," в.2,

с. 199-201.

21. Атаев А.К., Гадкпалпев М.М. b - диодц в магнитном поле // В кн. "Перенос носителей заряда и тепла в полупроводниках" 'Махачкала, 1986, с.21-26.

22. Ав.св. СССР )Ь 698460 от Ol.II.1977 г. Полупроводниковый прибор // Амирханов Х.И., Баширов Р.И., Алиев K.M., Шдапэ-ч-ев М.М. .

23. Ав.св. ССС? й 839403 от I".05.1979 г. Управляемый терморезистор // Амирханов Х.И., Бааиров Р.И., Алиев K.M., Гадажа-лиев М.М.

24. Ав.св. СССР В 858497 от 11.04.1980 г. Полупроводниковый выпрямитель ,/ Амирханов Х.И., Башров Р.И., Алиев K.M., Гпдни-алиев М.М.

25. Патент Англии Wi (bim{ ar, 21075208 от 31.05.85 г. номер . заявки в СССР 2169786/18. Способ выпрямления переменного тока // Амирханов Х.И., Башров Р.И., Алиев K.M., Дадаиа -лиев М.М. .

• 26. Патент Италии fruMb ре: iuvenilш ¿¡utuU № I37II9 от 03.09.86 г. Номер заявки в СССР 2169786/18. Снособ выпрямления переменного TOi.a и устройство для его осуществления i Амирханов Х.И. .Баширов Р.И.,Алиев K.M.,1Ьдаиаляёв М.М.

27. Патент Канады du.jUtui & Ц75478 от 02.10.84 г.

Номер заявки в СССР 2169786/18. Способ выпрямления переменного тока и устройство для его осуществления // Амирханов Х.И., Башров Р.И..Алиев K.M., Падниалиев М.М.

28. Патент Швеции /k<W fnniüüi & 8205848-8 от 16.10.86г. Номер заявки в СССР 2169786/18. Способ выпрямления переменного тока и устройство для его осуществления // Амирханов Х.И., Баширов Р.И., Алиев K.M., Бадаиалиев М.М.'

29. Патент Австралии /¿¿s*/ # 544672 от 20.02.86 г. Номер заявки в СССР 2169786/18. Способ выпрямления переменного тока и устройство для его осуществления . // Амирханов Х.И., Баширов Р.И., Алиев K.M.,. Бадаиалиев М.М.

30. ' Патент ФРГ PduUbhtifi »e Л 315273402 от 05.09.85 г.

Номер заявки в СССР .2169786/18. Способ выпрямления перемэн-ного тока и устройство для его осуществления // Амирханов Х.И., Баширов Р.И., Алиев K.M., ЗЪджиалиев М.М.

31. Патент Швейцарии /WW/<-/W/ е// )Ъ 662445А5 от 30.09.. Номер заявки "в СССР 2169786/18. Способ выпрямления перемен ного тока и устройство для его осуществления // Амирханов Х.И,, Баширов Р.И., Алиев K.M., Р-трскалиев М.М.

- 29 ~ ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

Аскаров Б»М. Кинетические эффекты в полупроводниках II Л. Наука, 1970, с. 283.

Тауц Я, Фото- и термоэлектрические явления в полупроводниках // ИЛ.М., 1962, с.253.

Булат Л.П. Влияние градиента температуры на функцию распределения электронов в полупроводниках // ЗГЛ, 197?, т.II, с. 2I8I-2I86.

Булат Л,П., Ладнна Р.Б. Неоднозначная зависимость термо -электрического поля, ат градиента температуры // ЗТП, 1982, т.24„ сЛ221-1223.

Еашров Р„И., Баталов Н.З, Теория Ь - диода. Статистика//, В кн. "Неравновесные носители тока в полупроводниках"

Махачкала, 1932, с.26-29.

Добровольский З.Н., Павлюк Р.П., Тарасенко Л.И. Инфекционные токи з полупроводнике с градиентом подвианостей электронов п дырок .// ФТП, 1977, т.II, с.144-148.

Амарханов Х.И., Башров Р.И., Гаданалнев М.М. Квантовые термомагнитные эффекты Нернста-Эттингсгаузена в n- ~AS£ и «-АЛ II ФГТ, 1961, т.З, с.3743-3745.

PwU J'-ЧН. р1ч*иъ ¿Uj a»d ¿¡tlicntm itt ittaeiienJ ¿н n-UPS. // fiUfl ihn*. # J96S, t>. , 139, ,>. Mf-icol.

Ампрханоэ Х.И. „ .Бглгаров Р'.И., Гадшалиев М.М. Те±ыоэдс в в кваптуицем магнитном поле // <Л'П, 1967, т.1,

с.28-29.

Коренблит Л.Д., >!ашовец Д.В., Шалыт С.С. Структура зоны '. проводимости и дохаигзи рассеяния электронов в ароениде индия II ЗГТ, 1954, Т.6, с.558-562.

, Агаев Р.IV, Аскеров Б.М., Эминов Р.Ф. К квантовой теории термоматаитных явлений в полупроводниках с узкой запрещенной зоной // Махачкалы Г/ Всесоюзного симпозиума. Львов, 1975, ч.1У, с.23-27.

о

Ий. Ашрханов Х.И., Ассиметрия электропроводности электронных полупроводников между различно нагретыми электродами // Труды сектора Физики Аз. ФАН СССР, 1940, т.I, с.49-52.

12н. Кернер B.C., Осипов В.В. Сильнопоравновесные локализованные состояния в систетх, слабоотклоненных от термодинамического равновесия // КЭТФ, 1985, т.41, с.386-388.

13з£. Шмарцев Ю.В., Шендер Е.Ф., Полянская Т.В. Отрицательное магнетосопротивление и локализованные магнитные состояния в полупроводниках // ФТП, 1970, т.4, с.2311-2321.

14зь Грибников Э.С. Пространствежше осцилляции электрического поля и концентрации носителей тока при биполярном дрейфе ь полупроводниках Ц МП, 1975, т.О, c.I7IC-:"I3.

15«. Горишав С.А., Абегаус И.Д. Полупроводниковые диоды с отрицательным сопротивлением -// М. 1980, с.280.

16«. Каракушан Э.И., Стафеев В.И. Магнетодиоды // ФТТ, .1961, т.З, с.677-682.

тл ft

Рис. I. ЗависимостьQ;«^^ (л =2 10- см ) . от магнитного поля при температурах :

-о- 2 ЗК, 20К .

~ "К-

■150 -т -50

50

т т ¥,в

Рис.2. ВАХ термодиода из р- Ое . I - теория, 2 - эксперимент Тс< < Т• < Тн , 3 - эксперимент Т; > Ти > Т* ; 4 - эксперимент Тн ; , ^ , Т4- .-

температура нагревателя, холодильника и точки инверсии знака Холла. /. - размер области ''р-п" перехода

>из.З. CAS apa apodas горк^даода по «юратнсму напряжению

Масштаб по горизонта.® 40 В sa Î см, по вертикали 1,5 Д на Г см.

Л-1_1_I_1_I

t

Рис.4. Осциллограммы тока (Л) и напряжения (В) при пробое терыодиода по обратному напряжению при 300 К. Масштаб по горизонтали 2 мс на I см,' по вертикали I А и 40 В на I см.

Ряс.5. Распрздслошю температуры (1.2),' электрического доля (3,4) к концентрации- носителей тока, по длина тормодяода. (1,3) - до пробоя, (2,4) - после пробоя« 5 - значение кок .энтрацзи 11 после пробоя.

Рис.6. Лабораторный вариант ТГД. X - холодильник, 0. - образец из р - Се „К - токозоды.

Формат 60x90 1/16. Заказ й 331. Тирад 100

Типография Дагестанского научного щштра РАН 367015,г.Махачкала, 5-й нкдгородок, корпус, 10