WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 6 Автосолитоны в InSb в магнитном поле © И.К. Камилов, А.А. Степуренко, А.С. Ковалев Институт физики им. Х.И. Амирханова, 367003 Махачкала, Россия (Получена 26 мая 1997 г. Принята к печати 23 декабря 1997 г.) Экспериментально показано, что продольное магнитное поле сравнительно небольшой величины вызывает существенное изменение скорости движения автосолитонов в образцах антимонида индия и приводит к заметному перераспределению электрического поля этих автосолитонов. При этом частота и амплитуда колебаний тока во внешней цепи образца увеличиваются или уменьшаются в зависимости от направления продольного магнитного поля.

Теоретические исследования Кернера и Осипова [1–4] туры [17,18], влияние магнитного поля на них будет показали, что в разогретой электронно-дырочной плазме обусловлено скорее всего термомагнитными эффектами (ЭДП) можно внешним дополнительным возмущением Эттингсгаузена и Нернста [19].

возбудить термодиффузионные автосолитоны (АС). В Мы исследовали поведение АС в образцах InSb в плотной ЭДП при наличии внешнего электрического продольном магнитном поле. Магнитное поле напряполя АС проявляются в виде слоев тока, направленных женностью до 104 А/м создавалось в соленоиде, внувдоль приложенного электрического поля [5–6], а в ЭДП три которого размещался образец. Для исследования не слишком высокой плотности образуются АС в виде использовался ряд образцов InSb различных размеров, слоев сильного электрического поля, перпендикулярных которые при температуре T = 77 K имели концентрацию линиям тока [7–9]. носителей p = (2 4) · 1012 см-3 с подвижностью В работах [10–14] показано, что неравновесная ЭДП в µ 4000 см2/В · с. Мы использовали методику электриn-GaAs, образующаяся в результате ударной ионизации ческих измерений такую же, как и в [18]. Исследовалось или инжекции, в электрическом поле расслаивается на влияние продольного магнитного поля на движущиеся многочисленные шнуры тока и домены электрическо- АС. При этом магнитное поле включалось только тогда, го поля. В [15–16] приводятся результаты обнаружения когда во внешней цепи образца появлялись колебания и экспериментального исследования бегущего горяче- тока.

го АС в разогретой электическим полем однородно- На рис. 1 представлены осциллограммы колебаний фотогенерируемой ЭДП в n-Ge. тока моды типа I (a, b) и зависимости частоты (c) и амВ [17–18] показано, что в неравновесной ЭДП, полу- плитуды (d) этих колебаний с изменением приложенного ченной в образце InSb джоулевым разогревом, в сильном магнитного поля в интервале от 0 до 1500 А/м.

электрическом поле появляются АС в виде как слоев При направлении магнитного поля, совпадающем с тока, так и областей сильного электрического поля. направлением электрического поля, H E, наблюдается Это в какой-то срепени аналогично экспериментальным уменьшение частоты колебаний тока с ростом напряженрезультатам, полученным в [10–12]. Поскольку в InSb ности магнитного поля (кривые 1–3 соответствуют разЭДП несимметрична (для эффектривных масс дырок ным амплитудам импульсов электрического напряжения m и электронов m выполняется m > m), области U1 < U2 < U3, при которых появляются колебания, отлиp e p e сильного электрического поля движутся в электрическом чающиеся величинами частот и амплитуд; с этих величин поле вдоль слоев тока в сторону движения горячих и прослеживается зависимость частоты и амплитуды от электронов, т. е. от катода к аноду, вызывая колеба- магнитного поля).

ния тока во внешней цепи образца. Форма и скорость При антипараллельном (взаимно противоположном) движения АС близки к полученным в [15–16]. В ра- направлении магнитного и электрического полей, боте [18] показано, что из сложных колебаний можно H E, частота этих же колебаний тока в образце выделить два основных типа. Для каждой из этих мод изменяется иначе (рис. 1, c, кривые 1 –3 ). При наихарактерен свой интервал прикладываемого напряжения. меньшем значении исходного напряжения U1 (кривая 1 ) Было найдено, что у одной из них (I тип) частота частота колебаний сначала плавно уменьшается с ростом колебаний уменьшается, а амплитуда растет с увеличе- напряженности магнитного поля, а затем проходит через нием прикладываемого к образцу напряжения, у другой три экстремума, приобретая тенденцию к возрастанию.

(II тип) частота колебаний плавно растет, а амплитуда При большем исходном напряжении U2 (кривая 2 ) знаколебаний изменяется так, что ее увеличение сменяется чение частоты колебаний растет плавно с увеличением уменьшением. напряженности магнитного поля, а затем проходит через АС в образцах InSb должны быть достаточно чув- два экстремума, сохраняя тенденцию к возрастанию. При ствительны к магнитному полю [19]. Поскольку рас- наибольшем исходном напряжении U3 (кривая 3 ) часматриваемые АС представляют собой локализованные стота колебаний растет при увеличении напряженности области градиента концентрации носителей и темпера- магнитного поля во всем интервале его изменения.

698 И.К. Камилов, А.А. Степуренко, А.С. Ковалев Рис. 1. Колебания тока моды типа I во внешней цепи образца антимонида индия. a, b — осциллограммы колебаний тока при H E и H E соответственно. U2 = 30.3В; H увеличивается для осциллограмм снизу вверх. c, d — зависимости частоты ( f ) и амплитуды колебаний тока (I) от величины напряженности магнитного поля при постоянном значении электрического поля U1 = 29.5В (1, 1 ), U2 = 30.3 (2, 2 ), U3 = 30.8В (3, 3 ). 1, 2, 3 — H E; 1, 2, 3 — H E. e, f — зависимости частоты и амплитуды колебаний от прикладываемого электрического напряжения при постоянном значении магнитного поля H, А/м: 0 —0, 1 — 136 (H E), 2 — 544 (H E), 3 — 1088 (H E).

На рис. 1, d показаны изменения амплитуды коле- появляются и существуют удвоение и утроение периода, баний тока I, возникающие при тех же постоянных а линии, окаймляющие эти области, показывают значенапряжениях U1 < U2 < U3, с ростом напряженности ния амплитуд колебаний тока этих периодов. Осцилломагнитного поля. Величина амплитуды плавно нарастает, граммы на рис. 2, a и b иллюстрируют динамику измекогда H E (кривые 1–3), а при H E так же плавно нения частоты и амплитуды колебаний тока с ростом убывает (кривые 1 –3 ). напряженности магнитного поля в интервале значений Изменение частоты и амплитуды колебаний тока с ро- H от 0 до 4800 А/м при H E (рис. 2, a) и при H E (рис. 2, b). Соответствующие графики показывают, что стом напряженности магнитного поля для случая H E частота в среднем уменьшается при H E с ростом качественно аналогично изменению этих же параметров напряженности магнитного поля (рис. 2, c, кривые 1, 2 — с ростом электрического поля (рис. 1, e, f, кривые 0, 0).

приведены для двух значений исходного напряжения на На рис. 1 представлены также зависимости частоты f образце U1 < U2). При этом колебания тока при U(рис. 1, e, кривые 1, 2, 3) иамплитудыI колебаний тока наблюдаются в интервале напряженности магнитного (рис. 1, f, кривые 1, 2, 3) при увеличении электрического напряжения U1, прикладываемого к образцу, находя- поля от 0 до 2150 А/м. При обратном направлении магнитного поля, H E, частота колебаний растет, щемуся в постоянном магнитном поле. При H E хотя в конце интервала, где еще существуют колебания уменьшение частоты колебаний тока происходит при тока при повышении напряженности магнитного поля, более низких значениях U по сравнению со случаем появляется тенденция к уменьшению частоты.

H = 0, т. е. fH(U) < f (U) (рис. 1, e, кривые 0, 2, 3). При H E наблюдается обратная ситуация fH(U) > f (U) На рис. 2, d показаны изменения амплитуды колебаний (рис. 1, f, кривые 0, 1 ). Кривые электрополевой за- тока в образце с изменением напряженности магнитного висимости амплитуды колебаний тока при постоянном поля. При U1 в магнитном поле H E амплитуда магнитном поле расположены в обратном порядке, т. е.

колебаний тока плавно растет во всем интервале напряIH(U) > I(U) при H E (рис. 1, f, кривые 0, 2, 3) и женности магнитного поля, где колебания существуют IH(U) < I(U) при H E (рис. 1, f, кривые 0, 1 ).

(рис. 2, d, кривая 1). При U2 > U1 с увеличениНа рис. 2 представлены результаты исследования влия- ем напряженности магнитного поля (H E) амплиния магнитного поля на частоту и амплитуду колебаний туда колебаний заметно растет (рис. 2, d, кривая 2);

тока моды типа II [17,18]. Поведение этой моды с из- при H = 1900 2200 А/м данная мода претерпевает менением электрического поля представлено на рис. 2, e бифуркацию удвоения периода. С дальнейшем ростом и f. В данном случае эта мода претерпевает не только поля происходит переход к регулярным колебаниям, бифуркацию через удвоение периода, но и утроение пе- амплитуда этих колебаний сублинейно растет, и далее риода с ростом приложенного к образцу электрического начиная с H = 3300 А/м мода претерпевает следующую поля. Штриховкой выделены области напряжений, где бифуркацию удвоения периода.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Автосолитоны в InSb в магнитном поле Рис. 2. Колебания тока моды типа II во внешней цепи образца антимонида индия. a, b — осциллограммы колебаний тока при H E и H E соответственно; U2 = 25.1В; H увеличивается для осциллограмм снизу вверх. c, d — зависимости частоты ( f ) и амплитуды колебаний тока (I) от величины напряженности магнитного поля при постоянном значении электрического поля:

U1 = 22.7В (1, 1 ), U2 = 25.1В (2, 2 ). 1, 2 — H E; 1, 2 — H E. e, f — зависимости частоты и амплитуды колебаний от электрического напряжения при H = 0.

При U1 и U2 в магнитном поле H E амплиту- втором — в области меньших плотности и температуры да колебаний тока исследуемой моды почти линейно ЭДП. В обоих случаях изменятся соотношения величин уменьшается с ростом напряженности магнитного поля подвижностей (µe, µp) и температур (Te, Tp) электронов в интервале существования этих колебаний. и дырок, что приведет к изменению фазовой скорости Наблюдаемые явления, т. е. изменение частоты и ам- (АС) vph [7]. Были проведены численные расчеты скорости движения АС, представленной выражением плитуды колебаний тока во внешней цепи образца с изменением внешнего магнитного поля, можно объ- работы [7]. Оказалось, что с перемещением АС в более горячую область ЭДП скорость движения АС понизится.

яснить решающим вкладом термомагнитных эффектов.

Соответственно частота колебаний тока во внешней цепи Автосолитоны как в виде продольных шнуров тока, так и в виде поперечных линиям тока слоев понижен- образца в первом случае будет увеличиваться, а во ной концентрации носителей заряда представляют со- втором уменьшаться.

В горячей, более плотной области ЭДП, дефицит бой локализованные области повышенной температуры концентрации носителей в АС понизится, т. е. уменьшитс резким градиентом порядка T = (TAS - T )/L/2, где TAS — температура в центральной области АС, ся сопротивление АС, а следовательно, уменьшится и электрическое поле в центре АС. Все это приведет к T — температура на периферии АС; TAS 2T [20], l < L < (Ll)1/2/2 — ширина АС [6], L — диффу- тому, что величина скачка тока во внешней цепи образца зионная длина носителей, l — длина остывания носи- уменьшится при разрушении движущегося по образцу горячего АС.

телей, T = 2T /L = 2T /l 4T /(Ll)1/2. Для InSb T 150 K [18], L 3 · 10-3 см, l 9 · 10-4 см [21,22], В более холодной и менее плотной области ЭДП деT = (3.3 4) · 105 град/см. В продольном магнит- фицит концентрации носителей в АС повысится, а следоном поле наличие поперечного градиента температуры вательно, увеличится сопротивление и, соответственно, T шнура тока (АС) приведет вследствие эффекта электрическое поле в центре АС. В результате величина Нернста–Эттингсгаузена к появлению поперечной раз- скачка тока во внешней цепи образца возрастает при ности потенциалов. Поле поперечного эффекта Нернста– разрушении АС. Это объясняет, почему амплитуда Эттингсгаузена является нечетной функцией, т. е. знак колебаний тока во внешней цепи образца понижается при поперечной разности потенциалов зависит от направле- смещении АС в более горячую и плотную область ЭДП и ния магнитного поля E(H) = -E(-H) [23]. Под возрастает при смещении АС в более холодную и менее действием этой разности потенциалов движущийся во плотную область ЭДП.

внешнем электрическом поле АС сместится по напра- Итак, мы экспериментально показали, что продольвлению к шнуру тока, или от него. В первом случае АС ное магнитное поле сравнительно небольшой величины окажется в области более плотной и горячей ЭДП, во (до величины порядка 104 А/м) вызывает существенФизика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 700 И.К. Камилов, А.А. Степуренко, А.С. Ковалев ное изменение скорости движения АС, образующихся Effect of magnetic field on autosolitons in в сильных греющих полях в образцах InSb. При этом InSb частота колебаний тока во внешней цепи образца уменьI.K. Kamilov, A.A. Stepurenko, A.S. Kovalev шается, а амплитуда этих колебаний растет с увеличением продольного магнитного поля, имеющего то же Kh.I. Amirkhanov Institute of Physics, направление, что и приложенное к образу электрическое 367003 Makhachkala, Russia поле (H E). При антипараллельном направлении магнитного и электрического полей (H E) наблюда

Abstract

It is shown experimentally that the longitudinal magется увеличение частоты колебаний тока, а амплитуда netic field of a relatively small magnitude causes noticeable changes этих колебаний уменьшается с ростом напряженности in velocity of autosoliton traveling in InSb samples and a visible reмагнитного поля.

distribution of these autosolitons in electric field. As a result, the current oscillation frequency and amplitude in the external circuit of Авторы признательны и благодарны В.В. Осипову за a sample either increases or decreases depending on the direction внимание к работе и сделанные им замечания и дополof longitudinal magnetic field.

нения, способствовавшие улучшению качества работы.

Авторы выражают благодарность РФФИ за поддержку работы (грант 97-02-17623).

Список литературы [1] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. ЖЭТФ, 71, 1542 (1976).

[2] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. Письма ЖЭТФ, 41, 381 (1985).

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

[4] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. УФН, 160, 1 (1990).

[5] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. Письма ЖЭТФ, 18, 122 (1973).

[6] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. ФТП, 18, 891 (1979).

[7] Б.С. Кернер, В.В. Осипов. ФТТ, 21, 2342 (1979).

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

[9] А.Л. Дубицкий, Б.С. Кернер, В.В. Осипов. ФТТ, 28, (1986).

[10] Б.С. Кернер, В.Ф. Синкевич. Письма ЖЭТФ, 36, (1982).

[11] Б.С. Кернер, В.В. Осипов, М.Т. Романенко, В.Ф. Синкевич.

Письма ЖЭТФ, 44, 77 (1986).

[12] В.Н. Ващенко, Б.С. Кернер, В.В. Осипов, В.Ф. Синкевич.

ФТП, 23, 1378 (1989).

[13] В.Н. Ващенко, Б.С. Кернер, В.В. Осипов, В.Ф. Синкевич.

ФТП, 24, 1705 (1990).

Pages:     || 2 |



© 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.