|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Усиление ультразвука | Усиление ультразвука (далее У) в полупроводниках (дрейфом носителей тока), явление, состоящее в том, что проходящая по полупроводника ультразвуковая волна усиливается, когда скорость дрейфа носителей тока в направлении волны превысит фазовую скорость последней. Физическую природу У проще всего понять на примере полупроводника, обладающего пьезоэлектрическим эффектом, – т. н. пьезополупроводника (см. Пьезоэлектричество). Вследствие пьезоэффекта проходящая по упругая волна сопровождается электрическим полем, которое взаимодействует с носителями тока в полупроводнике – электронами и дырками. Это приводит к их перераспределению в пространстве и образованию области с повышенной концентрацией носителей – пространственного объемного заряда. Если при этом к образцу приложено электрическое поле Ed, создающее дрейф объемного заряда со скоростью большей, чем фазовая скорость упругой волны с, то носители тока, обгоняя волну, будут отдавать ей энергию, в результате чего произойдет усиление ультразвуковой волны. Аналогичный процесс происходит в лампе бегущей волны. В полупроводниках, не обладающих пьезоэффектом, взаимодействие упругой волны с носителями тока осуществляется через деформационный потенциал, т. е. непосредственно через взаимодействие электронов с фононами, которое характеризует изменение энергии электрона в зоне проводимости под действием упругой деформации решетки. Сила, действующая на электрон со стороны деформированной решетки, пропорциональна квадрату частоты волны w, поэтому У в обычных полупроводниках эффективно только на гиперзвуковых частотах w > 109 гц (см. Гиперзвук).
На малых частотах, когда длина свободного пробега носителей тока l много меньше длины ультразвуковой волны l, У обусловлено объемным зарядом, т. е. сверхзвуковым движением локального "сгустка" носителей тока одного знака, образованного самой волной; если же l/l>>1 – электроны (или дырки) почти свободны, образование объемного заряда не происходит и усиление обусловлено когерентным излучением фононов отдельными носителями тока (подобно пучковой неустойчивости в газоразрядной плазме).
Для У в пьезополупроводящих симметрия и направление распространения упругой волны должны быть такими, чтобы упругая волна с данной поляризацией сопровождалась продольным электрическим полем, т.к. взаимодействие носителей тока в полупроводнике наиболее эффективно с продольной компонентой вектора электрического поля волны. Усиление как продольных, так и поперечных волн может осуществляться в пьезополупроводящих , , 0, , .
Основная трудность использования У на опыте состоит в чрезмерном нагревании образцов в режиме усиления. Чтобы этого избежать, опыты по У обычно проводят в импульсном режиме, прикладывая к образцу дрейфовое поле только на время ультразвукового импульса. В пьезополупроводниках У может достигать весьма больших значений, при этом становятся существенными нелинейные явления, ограничивающие усиление. Практическое применение У возможно для создания активных ультразвуковых линий задержки, усиления колебаний СВЧ (с использованием двойного акустоэлектрического преобразования), создания гиперзвуковых излучателей и приемников. Исследование эффекта У в полупроводниках (особенно в сильном поле) позволяет оценить и измерить ряд характерных параметров и констант твердого тела, в частности исследовать Ферми поверхность.
Лит. см. при ст. Ультразвук.
В. И. Пустовойт.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
|
|
Новости 22.12.2024 23:17:50
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
