WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. 7 Об акустоэлектронном механизме кристаллографической ориентации неполного электрического пробоя © В.В. Паращук, К.И. Русаков Институт физики Национальной академии наук Белоруссии, 220072 Минск, Белоруссия Брестский государственный технический университет, 224017, Брест, Белоруссия E-mail: v_shchuka@rambler.ru, k.rusakou@tut.by (Поступила в Редакцию 27 июня 2005 г.) Проанализирован вклад акустоэлектронного взаимодействия в развитие стримерных разрядов для модельной среды — кристаллов CdS — и установлены закономерности анизотропии эффекта фокусировки неравновесных фононов, вытекающие из исследования поверхностей рефракции шестого порядка и обусловливающие детерминированность (привязку) отдельных фононных мод к ориентации стримеров разного типа. Показана необходимость учета при этом нелинейных эффектов, в первую очередь влияния сильного электрического поля, точности измерения используемых в расчете данных и влияния на них различных внешних факторов, а также анализа более информативных поверхностей лучевых скоростей.

PACS: 72.50.+b, 43.50.+d К настоящему времени продолжает обсуждаться при- о свойствах кристаллов в сильных электрических полях рода стримерного разряда в твердых телах, в частности (см. работу [4] и ссылки в ней) к неоднозначности вытемеханизм его кристаллографической направленности. кающих из теории следствий. По этой и указанным ниже Среди многих заслуживающих внимания идей, позволя- причинам в отношении кристаллов сульфида кадмия, для ющих объяснить основные свойства разрядов в полупро- которых свойства неразрушающих стримерных разрядов водниках и диэлектриках, является гипотеза Л.А. Черноизучены в наибольшей степени, данная проверка не затонского [1], основанная на представлении о формироможет претендовать на полноту.

вании области сильного электрического поля стримера в Примечательно, что уже в линейном приближении, направлении фокусировки неравновесных акустических т. е. без учета влияния сильного электрического поля, фононов (струйного потока генерируемых фононов).

получено хорошее в целом совпадение направлений Предсказываемые направления разрядов, согласно [1], стримерных разрядов с пьезоэлектрически активными совпадают с экспериментально полученными для направлениями инфинитного концентрирования попещелочно-галоидных кристаллов и ряда полупроводниречных акустических фононов [4]. Однако ряд сделанков, кроме того, из теории следует зависимость ориентаных допущений, правомочность которых обсуждается ции стримеров от температуры, напряженности электридалее, привел к противоречивости в интерпретации деческого поля, давления и некоторых других факторов [2].

терминированности („привязки“) отдельных фононных В гексагональных кристаллах CdS (модельный объект) мод к формированию того или иного типа стримеров.

теория предсказала возможность распространения (лоСоответствующий анализ выполнен недостаточно полно кализации) разрядов в плоскостях типа {1210} в соотвследствие упрощенного подхода, без учета влияния поветствии с данными для тонких пластинчатых образцов, грешности измерения экспериментальных данных, даже вырезанных в одноименной плоскости [3] (в объемном если они использованы из одного источника.

монокристалле стримеры распространяются в плоскоМетодика расчета вероятных направлений фононной стях {1010}). Это послужило поводом считать полуфокусировки f в работе [4] основана на исследоваченные экспериментальные и теоретические результаты нии формы поверхностей рефракции s(n), описываемых некорректными [4]. Однако впоследствии подобные разуравнениями 4-й и 2-й степени (упрощенный вариант), ряды были зарегистрированы и в тонких пластинчатых тогда как последние являются поверхностями 6-го по(квазидвухмерных) монокристаллах, выращенных в укарядка [7]. Для сравнения на рис. 1 показаны соответзанной плоскости {1210} [5], т. е. в более совершенных ствующие сечения поверхностей s(n) плоскостью XZ, образцах, а обнаруженный эффект получил название размерного [6]. В этой связи анализ роли акустоэлек- описываемых уравнением 6-й степени, полученные в рамках приближения [4] и при прочих равных условиях.

тронного взаимодействия в формировании стримерного Видно, что обозначенные на нем характерные точки разряда в полупроводниках и твердых диэлектриках остается актуальной задачей, требующей дальнейшего типа D являются не точками пересечения кривых, как развития. это следует из рис. 1 [4], а точками их касания (излоПроверка идеи [1] применительно к различным кри- ма). В результате возникают особенности фокусировки, сталлам привела из-за отсутствия необходимых сведений рассморенные далее.

Об акустоэлектронном механизме кристаллографической ориентации неполного электрического... В методической части ошибочно указывается отицательное значение используемого коэффициента eпьезомодуля. Для этого случая на рис. 2 показаны сечения поверхностей рефракции, полученные по аналогии с [4]; для простоты рассматривается первая четверть сечения. Заметная разница в положении точек нулевой кривизны (светлые кружки) по сравнению со случаем положительных значений этого же коэффициента для быстрой поперечной (FTA) моды приводит к различию направлений f в 1-4 (45.6 и 47.3 вместо рассчитанных 41.4 и 46.4). С учетом этого и литературных данных этот результат, по-видимому, следует рассматривать Рис. 3. Угловое распределение кривизны сечения поверхности как ошибочный.

рефракции 6-го порядка для FTA моды.

Анализ углового распределения кривизны k() сечения поверхностей рефракции 6-го порядка (рис. 3) указывает на существование помимо двух отмеченных точек нулевой кривизны в случае FTA моды особенности в области точек типа D с D 80.0 для FTA и STA поверхностей. Соответствующие точки характеризуются сингулярностью второго рода [2] и обусловливают „неинфинитное“ концентрирование в направлениях f 69.0 и 80.8 для обеих поперечных акустических мод, а не только для медленной моды, как следует из данных выполненной проверки.

Полученный результат свитедельствует о необходимости дополнительного обоснования вклада различных фононных мод в развитие стримерных разрядов того или иного типа и в этом смысле согласуется с выРис. 1. Вид сечений поверхностей рефракции 6-го порядка для водами работы [4]. Однако соответствующие оценки в сульфида кадмия; D — точки касания (излома) кривых.

упомянутой работе выполнены при двух допущениях — в предположении изотропии электрической прочности кристалла E0 и существования различия пороговых амплитуд Ui возбуждающих импульсов напряжения для стримеров разного типа при комнатной температуре, хотя по данным первоисточника [8] заметное различие порогов (в 4-5 раз) имеет место только при низких температурах (77 K). Кроме того, отношение скорости роста прикладываемого напряжения dU/dt к электрической прочности E0, пропорциональное скорости сфокусированной в данном направлении фононной моды, заменено пороговой величиной Ui. Однако в указанных условиях представляется более логичным сопоставить ее с величиной E0, обратно пропорциональной скорости распространения фононных мод. В этом случае внутренняя противоречивость рассматриваемой модели снимается.

Подобным же образом в ряде работ (ссылки [3,4,7] в [4]) с учетом нелинейности первого порядка определен „полный набор“ направлений концентрирования энергии акустических фононов в некоторых других полупроводниках, диэлектриках и электрооптических кристаллах;

Рис. 2. Сечения поверхностей рефракции кристаллов CdS в этих работах указывается точность расчета 0.в условиях линейного пьезоэлектрического эффекта при полои утверждается, что выполнена „паспортизация“ сожительных (сплошные кривые) и отрицательных (штриховые) значения коэффициента e33. ответствующих данных. Однако при этом не принята Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. 1166 В.В. Паращук, К.И. Русаков во внимание сильная зависимость пьезоэлектрического Список литературы эффекта и упругих констант от длины волны, темпе[1] Л.А. Чернозатонский. Письма в ЖЭТФ 38, 5, 225 (1983).

ратуры, качества кристалла. В частности, при измене[2] В.В. Новиков, В.И. Пустовойт, Л.А. Чернозатонский.

нии длины волны (300 K) в диапазоне = 0.4-0.7 µm Точные измерения в акустооптике и оптоэлектронике.

пьезооптические коэффициенты для LiNbO3 меняются ВНИИФТРИ, М. (1985). С. 40.

в 3 раза (от 1014 до 3 · 1014 cm2/dyn) [9]. Разброс данных [3] В.П. Грибковский, В.В. Паращук, Г.П. Яблонский. ФТП 11, различных авторов, например по коэффициенту c11, 4, 626 (1977).

достигающий ±10% [10–12], дает погрешность опре[4] В.В. Зубрицкий. ФТТ 38, 1, 56 (1996).

деления направлений фокусировки порядка 5. В [4] ис- [5] А.А. Гладыщук, А.Л. Гурский, В.В. Паращук, Г.П. Яблонходные данные взяты из одного „вызывающего доверие“ ский, В.П. Грибковский, С.А. Пендюр, О.Н. Таленский.

ЖПС 17, 6, 889 (1985).

источника [11], средняя точность измерения которых со[6] В.П. Грибковский, А.Л. Гурский, В.В. Паращук, ставляет около ±1%, и использованы в несколько измеГ.П. Яблонский. Изв. АН БССР. Сер. физ.-мат. наук ненном (обработанном) виде также в пределах ±1%.

6, 61 (1986).

Как показывает анализ, вносимая вследствие этого [7] Ю.И. Сиротин, М.П. Шаскольская. Основы кристаллофипогрешность расчета f соответствует примерно 1, зики. Наука, М. (1979). 639 с.

т. е. существенно выше заявляемой ( 0.1).

[8] В.В. Паращук, В.П. Грибковский. Докл. АН Беларуси 41, Следует отметить, что детальное исследование эф1, 44 (1997).

фекта фононной фокусировки, по-видимому, не должно [9] С.А. Ахманов, Р.В. Хохлов. Проблемы нелинейной оптики (обзор). М. (1964); УФН93, 4, 633 (1967).

ограничиваться только изучением поверхностей рефрак[10] Акустические кристаллы / Под ред. М.П. Шаскольской.

ции — более информативным, как известно, является Наука, М. (1982). 632 с.

анализ поверхностей лучевых скоростей, описываемых [11] И.А. Даньков, Г.С. Падо, И.Б. Кобяков, В.В. Бердник.

уравнениями высоких степеней (до 150-й) [7]. В частФТТ 21, 9, 2570 (1979); 24, 12, 3613 (1982).

ности, в кубических и гексагональных кристаллах су[12] И.А. Даньков, Г.С. Падо, Л.П. Завьялова. Таблицы ществуют направления, вдоль которых распространяется рекомендуемых справочных данных. Сульфид кадмия не 3, а 5 различных по скорости упругих волн (квазипромонокристаллический. Упругие, пьезоэлектрические и дольная, поперечная и три квазипоперечных).

диэлектрические свойства сульфида кадмия в диапазоне 4.2-300 K. ВНИЦГССД, М. (1982); РЖ. 8ЕД(1983).

Как показывают расчеты, кристаллографическая ори[13] Г.П. Яблонский, Е.В. Луценко. Препринт № 693. Ин-т ентация стримерных разрядов с точностью не хуже физики АНБ, Минск (1994). 18 с.

±(1-5) cовпадает с пространственной анизотропией не [14] В.П. Грибковский, А.Н. Прокопеня, К.И. Русаков, В.В. Патолько фононной фокусировки [1,4], но и с анизотропией ращук. ЖПС 60, 3–4, 362 (1994).

других явления в полупроводниках и диэлектриках в [15] В.П. Грибковский. Докл. АН БССР 29, 10, 896 (1985).

сильных электрических полях. К таким явлениям относятся самоконцентрирование сильного электрического поля [13], взаимодействие электромагнитных волн видимого и микроволнового диапазонов [14], самовоздействие света в режиме автоканалирования [8] и химическое растворение кристаллов [13]. Кроме того, перечисленные явления одинаково чувствительны к воздействию тех же факторов, что и разряды: температуры, оптической подсветки, механического давления и некоторых других. Это свидетельствует о сложном характере изучаемого явления — стримерных разрядов — и подтверждает сделанное ранее предположение [15] о том, что данные разряды могут рассматриваться как самоорганизованные структуры. Вклад того или иного из названных процессов определяется внешними условиями и рассматриваемой средой и в целом дает представление о природе стримера, а поэтому требует учета при разработке его конкретной модели. В частности, в слабых (пороговых) электрических полях велика вероятность в условиях разряда процесса акустоэлектронного взаимодействия, а с ростом уровня возбуждения усиливается роль эффекта самоконцентрирования электрического поля и процессов взаимо-(само-)действия электромагнитных волн с преобладанием последних в широкозонных полупроводниках.

Физика твердого тела, 2006, том 48, 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.