Реферат: Приборы с акустическим переносом заряда

( -плотность упругого тела).

Решения уравнений (2), описывающие поверхностную акустическую волну, имеют вид:

, (5)

,

где и - частота и волновое число волны, и - амплитуды двух компонент волны, и -коэффициенты, описывающие спадание волн сжатия и сдвига в глубь поверхности.

Из условия существования ненулевых решений получается уравнение Рэлея

. (6)

Амплитуды потенциалов и можно представить в виде:

, (7)

u0 i

u0 i

. (8)

h

		C1 /
C3
			а)
					Рис.3.

n

C2

2a

X

Характер рассеяния ПАВ на периодически расположенных системах неоднородностей определяется интерференцией волн, рассеянных на отдельных элементах системы, и, значит существенно зависит от соотношения между периодом структуры и длиной волны. В рамках борновского приближения можно считать, что падающая на структуру волна в области расположения неоднородностей не удовлетворяет граничным условиям, и в этих областях возникают напряжения, порождающие рассеянные волновые поля. Эти сторонние напряжения можно представить в виде набора гармоник с волновыми числами (- волновое число падающей волны, - волновое число периодической структуры, -период структуры, -волновое число гармоник напряжений, создаваемых на поверхности, ( ). Если одна из гармоник поверхностных напряжений имеет волновое число, равное или близкое к волновому числу одной из собственных волн системы, происходит интенсивное (резонансное) возбуждение соответствующей волны. Пусть длина волны больше удвоенного периода структуры ( >, < ). В этом случае поверхностные напряжения расположены слишком часто (или, что то же самое, волновые числа , и т.д. слишком велики по модулю) и не могут возбуждать волн в системе. Гармоники напряжений с волновыми числами вызывают приповерхностные колебания, амплитуда которых много меньше амплитуды ПАВ, если возмущение поверхности мало. Учет этих колебаний приводит лишь к небольшому изменению скорости волны Рэлея. При уменьшении длины волны первая пространственная гармоника поверхностных напряжений совпадает по модулю с волновым числом ПАВ, бегущей в противоположном направлении: , . При этом интенсивно генерируется отраженная волна.

3. Количественные характеристики эффекта

В замкнутой цепи или электрического напряжения на концах разомкнутого проводника при распространении в нем акустической волны находит проявление акустоэлектрического эффекта - появление в проводнике постоянного тока . Акустоэлектрический эффект возникает из-за увлечения носителей тока акустической волной вследствие акустоэлектронного взаимодействия, при котором часть импульса, переносимого волной, передается электронам проводимости, в результате чего на них действует средняя сила, направленная в сторону распространения волны. В соответствии с этим акустоэлектрический эффект меняет знак при изменении направления волны на противоположное.

Передача импульса от волны электронам сопровождается поглощением звуковой энергии, поэтому действующая на электрон сила пропорциональна коэффициенту электронного поглощения звука a_e и интенсивности акустической волны I. Плоская волна, интенсивность которой при прохождении слоя толщиной x: уменьшается за счет электронного поглощения на величину a_e Ix, передает в среду механический импульс , приходящийся на n_e xэлектронов слоя (v _s - скорость звука. n_e - концентрация свободных электронов). Следовательно, на отдельный электрон действует средняя сила

F= (9)
Под действием этой силы появляется акустоэлектрический ток, плотность которого (m- подвижность электронов) определяется соотношением

J=m (10)
(соотношение Вайнрайха). В случае произвольных акустических полей выражение для акустоэлектрического тока получается как среднее по времени значение произведения переменной концентрации свободных носителей , возникающих под действием акустических полей в проводнике, и их переменной скорости .

J=e{} (11)
(e - заряд электрона).

Если рассматривать акустическую волну с частотой wи волновым вектором как поток когерентных фононов, каждый из которых несет энергию hn и импульс hk. При поглощении фонона электрон получает дополнительную скорость, н результате чего появляется электрический ток (2). На концах проводника возникает эдс, индуцированная звуковой волной (акустоэдс):

U=(1-exp[-aL]) (12)
где L - длина проводника. I₀ - интенсивность звука на входе образца, - a=a_e +a₀ коэффициент поглощения звука, учитывающий как электронное поглощение a_e так a₀ н решеточное a₀ , s- проводимость образца. За счет сильного пьезоэлектрического взаимодействия электронов проводимости с акустической волной на частотах (0,5 – 1)10^-2 c^-1 и образцах длиной около 1 см возникает акустоэдс нескольких вольт при интенсивности звука 1 Вт/см² . В сильных электрических полях акустоэлектрический эффект имеет место даже в отсутствие внешней волны, из-за того что в полупроводнике происходит генерация и усиление фононов внутри конуса углов q вокруг направления дрейфа носителей, для которых v_d cosq>v_в -. Сила, действующая на носители со стороны нарастающего фононного потока, имеет направление, противоположное дрейфу носителей. В результате происходит их эффективное торможение, приводящее к неоднородному перераспределению электрического поля в образце и падению полного тока в нем. На опыте этот эффект обычно наблюдается но отклонению электрического тока через образец от его омического значения J₀ =sUL, где U - приложенное к образцу напряжение. Для комнатных температур, когда длина свободного пробега электрона много меньше длины волны (kl_e <<1), коэффициент поглощения имеет вид

(13)