WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 4 Деление продольных автосолитонов в InSb в магнитном поле © И.К. Камилов¶, А.А. Степуренко, А.С. Ковалев Институт физики Дагестанского научного центра Российской академии наук, 367003 Махачкала, Россия (Получена 28 июня 1999 г. Принята к печати 28 октября 1999 г.) Исследовалось поведение продольных автосолитонов в InSb в слабом магнитном поле. Экспериментально показано, что слабое продольное магнитное поле существенно сказывается на поведении продольного автосолитона в образцах InSb. Во всех образцах при определенных значениях магнитного поля наблюдались резкие скачки тока, обусловленные делением продольного автосолитона. Обнаружено, что величина исходного тока автосолитона после воздействия магнитного поля принимает другое стабильное значение. Значение исходного тока автосолитона восстанавливается после воздействия магнитного поля противоположного направления.

Известно, что в неравновесной электронно-дырочной температуре T = 77 K концентрацию носителей (дырок) плазме (ЭДП) однородное состояние нарушается при p =(2-4) · 1012 см-3 и подвижность µp 4000 см2/В · с.

увеличении уровня ее возбуждения, и в ней образуются Прикладываемое магнитное поле являлось слабым как неоднородные стационарные состояния — термодиффу- для дырок (µpH/c 5 · 10-3), так и для элекзионные автосолитоны (АС) [1–4]. В плотной ЭДП тронов (отношение подвижностей электронов и дырок во внешнем электрическом поле эти неоднородности µe/µp 100; µeH/c 0.5). Неравновесная ЭДП в представляются как слои тока вдоль электрического образцах создавалась джоулевым разогревом при возполя — продольные АС [5,6], а в ЭДП невысокой действии медленно меняющегося электрического поля.

плотности образуются АС в виде слоев электрического При дальнейшем росте напряженности электрического поля, перпендикулярных линиям тока, — поперечные поля ЭДП возбуждалась. В результате возникали проАС [7–9].

дольные АС в виде шнуров тока в горячей области ЭДП Эксперименты с n-GaAs показали [10–14], что нерав- (µe, µp T3/2) и поперечные АС в виде движущихся новесная ЭДП, образующаяся в образцах в результате слоев сильного электрического поля в более холодной и ударной ионизации или инжекции, в электрическом поле менее плотной области ЭДП [17].

E расслаивается на шнуры тока и домены электрического Исследовалось изменение тока продольного АС с изполя. Экспериментально обнаружены бегущие АС в раменением напряженности параллельного и антипаралзогретой электрическим полем фотогенерируемой ЭДП лельного магнитного поля (H E и H E). Изменение в n-Ge [15,16].

тока АС в зависимости от магнитного поля регистрироВ [17,18] показано, что неравновесная ЭДП может валось на самописце.

быть создана в InSb термической генерацией, и в ней Здесь приведены экспериментальные результаты для при возбуждении электрическим полем появляются как образца InSb-b1 с размерами 5.1 1.9 1.3мм3, сопропродольные, так и поперечные АС. Из-за несимметивлением R = 7.9 кОм. Сопротивление образца при натричности ЭДП в InSb (соотношение эффективных масс личии АС составляло RAS = 3.5-5.5 кОм в зависимости дырок и электронов m m) поперечные АС движутся p e от уровня возбуждения.

от катода к аноду, вызывая колебания тока во внешней На рис. 1 представлена вольт-амперная характеристика цепи образца. В работе [19] показано, что продольное I(U) образца InSb-b1. Характерным для вольт-амперной магнитное поле сравнительно небольшой величины выхарактеристики (ВАХ) является наличие гистерезиса по зывает существенное изменение частоты и амплитуды току, что свидетельствует об автосолитонном характере этих колебаний.

токовых шнуров [20]. Исходные значения тока продольВ работе [6] рассмотрен разогрев в электрическом ных АС, поведение которых исследовалось в магнитном поле однородно генерируемой плотной ЭДП. Было поле, обозначены пронумерованными точками на ВАХ.

показано, что ее однородное распределение независимо На рис. 2 представлены кривые зависимости тока от механизма релаксации импульса и энергии становится продольного АС от магнитного поля. Цифра в начале неустойчивым относительно флуктуаций с выделенным кривой указывает номер точки ВАХ, значение тока в волновым вектором величиной k0 (lL)-1/2, направленкоторой бралось как исходное.

ным перпендикулярно линиям тока. В такой ЭДП появляИз рис. 2, a видно, что зависимость тока АС с измеются шнуры тока уже при небольшом уровне разогрева.

нением напряженности магнитного поля — сублинейВ данной работе мы изучали поведение продольных ная. С ростом напряженности параллельного магнитного АС в образцах InSb в продольном магнитном поле напряполя (кривая I, H E) изменение тока претерпевает женностью до H = 1.4·104 А/м, возбуждаемом в соленорезкий скачок, сохраняя в дальнейшем плавное изменеиде. Измерения проводились на образцах, имеющих при ние тока. При уменьшении напряженности магнитного ¶ E-mail: kamilov@datacom.ru поля наблюдается обратный резкий скачок тока, но 4 434 И.К. Камилов, А.А. Степуренко, А.С. Ковалев На рис. 2, c кривая I (H E) изменения тока АС воспроизводится при прямом и обратном ходе значений напряженности магнитного поля. Исходное значение тока (рис. 2, c, точка 9) не изменяется. Кривая II (H E) изменения тока АС при прямом и обратном ходе значений напряженности магнитного поля приходит уже в точку 9. Повторное изменение напряженности магнитного поля этого же направления прямо и обратно возвращает кривую зависимости тока АС в точку 9, т. е. кривая II воспроизводится. Отключение вообще магнитного поля никак не сказывается на новом значении исходного тока АС. Изменение напряженности магнитного поля H E при прямом ходе дает кривую I зависимости тока АС, а при обратном ходе кривую I, т. е. восстанавливает первоначальное значение исходного тока АС (точка 9).

Эти экспериментальные результаты проявляются при исследовании поведения тока продольного АС в магнитном поле во многих других образцах.

Рис. 1. Вольт-амперные характеристики образца InSb-b1.

уже при меньшем значении напряженности магнитного поля. Такой же гистерезисный характер скачков тока при прямом и обратном ходе напряженности магнитного поля проявляется и при антипараллельном направлении магнитного поля (кривая II, H E.

Экспериментально обнаружено и такое явление, когда при прямом и обратном ходе изменения напряженности магнитного поля величина тока АС приобретает другое исходное значение, которое затем сохраняется при изменении напряженности магнитного поля прямо и обратно при параллельном ( H E) и антипараллельном (H E) направлениях. Это видно из рис. 2, b. При возрастании и убывании напряженности магнитного поля кривая II (H E) изменения тока АС, претерпевая два гистерезисных скачка, возвращается опять в точку 11.

Однако кривая I (H E) при тех же условиях переходит в точку 11, т. е. исходный ток АС приобретает повышенное значение. Величина этого исходного тока АС (точка 11 ) сохраняется при нулевом значении напряженности магнитного поля и при изменении напряженности магнитного поля прямо и обратно, как при параллельном, так и антипараллельном направлениях.

При этом кривые I (H E) и II (H E) изменения тока АС становятся уже другими. При воспроизведении ВАХ (рис. 1) ток АС в точке 11 восстанавливается.

В наших экспериментах наблюдалось и такое явление, когда при изменении напряженности магнитного поля прямо и обратно при одном направлении значение исходного тока АС приобретает другую величину, а при изменении магнитного поля прямо и обратно Рис. 2. Изменение тока продольного автосолитона в продольпри другом направлении значение исходного тока АС ном магнитном поле в образце InSb-b1. I, I — H E и восстанавливается. II, II — H E.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Деление продольных автосолитонов в InSb в магнитном поле Наблюдаемое скачкообразное возрастание или умень- Список литературы шение тока продольного АС при определенных значени[1] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. ЖЭТФ, 61, 1542 (1976).

ях напряженности магнитного поля обусловлено скорее [2] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. Письма ЖЭТФ, 41, 381 (1985).

всего делением АС или их слиянием [20].

[3] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. УФН, 157, 201 (1989).

Продольные АС представляют собой локализованные [4] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. УФН, 160, 1 (1990).

области повышенной температуры с резким градиентом [5] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. Письма ЖЭТФ, 18, 122 (1973).

T 4 · 105 град/см [19]. В продольном магнитном поле [6] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. ФТП, 13, 891 (1979).

(H = 8 · 103 А/м) наличие поперечного градиента темпе- [7] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. ФТТ, 21, 2342 (1979).

[8] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. ФТП, 13, 721 (1979).

ратуры продольного АС приведет, вследствие эффекта [9] А.Л. Дубицкий, Б.С. Кернер, В.В. Осипов. ФТТ, 28, Нернста–Эттингсгаузена, к появлению поперечной раз(1986).

ности потенциалов E 0.4В [19].

[10] Б.С. Кернер, В.Ф. Синкевич. Письма ЖЭТФ, 36, Существование и устойчивость горячего АС опреде(1982).

ляется динамическим равновесием термодиффузионного [11] Б.С. Кернер, В.В. Осипов, М.Т. Романенко, В.Ф. Синкевич.

потока из центральной горячей области АС и обратПисьма ЖЭТФ, 44, 77 (1986).

ного диффузионного потока в области АС размером [12] В.А. Ващенко, Б.С. Кернер, В.В. Осипов, В.Ф. Синкевич.

L < L [20], где L — размер АС, L — диффузионная ФТП, 23, 1378 (1989).

длина. Компенсация термодиффузионного и диффузион- [13] В.А. Ващенко, Б.С. Кернер, В.В. Осипов, В.Ф. Синкевич.

ФТП, 24, 1705 (1990).

ного потоков приводит к тому, что плотность попере[14] В.В. Гафийчук, Б.С. Кернер, В.В. Осипов, И.В. Тыслюк.

ченого к АС тока приближается к нулю. Появление ФТТ, 31, 46 (1989).

поперечной разности потенциалов E вызовет усиление [15] М.Н. Винославский. ФТТ, 31, 315 (1989).

того или другого потоков и установление соответству[16] M.N. Vinoslavskii, B.S. Kerner, V.V. Osipov, O.G. Sarbey. J.

ющего динамического равновесия потоков. В результате Phys.: Condens. Matter., 2(12), 2863 (1990).

ток АС будет увеличиваться или понижаться с ростом [17] А.А. Степуренко. ФТП, 28, 402 (1994).

или уменьшением напряженности продольного магнит[18] I.K. Kamilov, A.A. Stepurenko. Phys. St. Sol. (b), 194, ного поля. Изменение тока АС означает усиление или (1996).

[19] И.К. Камилов, А.А. Степуренко, А.С. Ковалев. ФТП, 32, ослабление его возбуждения. В плотной ЭДП среднее 697 (1998).

значение плотности тока в образце j [T(x)]3/2, и, [20] В.В. Гафийчук, Б.С. Кернер, В.В. Осипов, А.Г. Южанин.

как показано в [20], усиление возбуждения горячего АС в ФТП, 22, 2051 (1989).

образце с конечным размером приводит к скачкообразному увеличению среднего тока, понижение возбуждения Редактор Л.В. Шаронова АС — к скачкообразному уменьшению среднего тока.

В работе [20] также показано, что скачкообразное The division of longitudinal autosolitons изменение тока при плавном изменении параметра возin InSb in a magnetic field буждения означает деление АС, слияние их или исчезI.K. Kamilov, A.A. Stepurenko, A.S. Kovalev новение. В нашем случае (рис. 2, точка 5, кривые I, II;

точка 11, кривые I, II и I ) происходит, предположительInstitute of Physics, Daghestan Science Center, но, деление продольного АС при некотором значении Russian Academy of Sciences, напряженности магнитного поля при ее росте и слияние 367003 Makhachkala Russia этих АС или исчезновение одного из нескольких АС при меньшем значении напряженности магнитного поля при

Abstract

A study has been made of longitudinal autosolitons in его убывании.

InSb under a low magnetic field, which in this way considerably Итак, экспериментальные исследования показали, что changes their behaviour pattern. In all samples at certain values of слабое продольное магнитное поле существенно сказыва- the external magnetic field sharp current bursts due to the division ется на поведении продольного АС в образцах антимони- of longitudinal autosolitons were observed.

да индия. Во всех образцах при определенных значениях поля наблюдались резкие скачки тока, обусловленные, скорее всего, делением продольного АС. Было также обнаружено, что после воздействия магнитного поля величина исходного тока АС принимает другое стабильное значение. Наблюдалось и такое явление, когда значение исходного тока АС восстанавливалось после воздействия магнитного поля противоположного направления.

Авторы признательны и благодарны В.В. Осипову за серьезное внимание к работе, полезные замечания и дополнения, сделанные при ее обсуждении.

4 Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.