ГОРЯ́ЧИЕ ЭЛЕКТРО́НЫ

ГОРЯ́ЧИЕ ЭЛЕКТРО́НЫ, под­виж­ные но­си­те­ли за­ря­да в по­лу­про­вод­ни­ке или ме­тал­ле, рас­пре­де­ле­ние ко­то­рых по энер­ги­ям сме­ще­но от­носи­тель­но рав­но­вес­но­го рас­пре­де­ле­ния при дан­ной темп-ре T в сто­ро­ну бо́льших энер­гий. Но­си­те­ли за­ря­да (электроны и дырки) ста­но­вят­ся го­ря­чи­ми при про­те­ка­нии элек­трич. то­ка че­рез про­вод­ник под дей­ст­ви­ем дос­та­точ­но силь­но­го элек­трич. по­ля.

При про­те­ка­нии то­ка элек­трич. по­ле ус­ко­ря­ет боль­шее чис­ло но­си­те­лей, а тор­мо­зит мень­шее и тем са­мым со­об­ща­ет элек­трон­но­му га­зу до­пол­нит. энер­гию. В то же вре­мя, ес­ли ср. энер­гия 𝒜_ср элек­тро­нов вы­ше рав­но­вес­но­го зна­че­ния (в не­вы­ро­ж­ден­ном элек­трон­ном га­зе 𝒜_ср=³/₂$kT$, $k$ – пос­то­ян­ная Больц­ма­на), элек­трон­ный газ пе­ре­да­ёт энер­гию фо­но­нам при рас­сея­нии на них. Сте­пень «ра­зо­гре­ва» но­си­те­лей за­ря­да, т. е. уве­ли­че­ние их 𝒜_ср по срав­не­нию с рав­но­вес­ным зна­че­ни­ем, за­ви­сит от ве­ли­чи­ны элек­трич. по­ля Е и под­виж­но­сти но­си­те­лей то­ка, а так­же от ско­ро­сти пе­ре­да­чи ими энер­гии фо­но­нам. При темп-рах $T>θ$_D ($θ$_D – Де­бая тем­пе­ра­ту­ра) ра­зо­грев но­си­те­лей за­ря­да ста­но­вит­ся зна­чи­тель­ным при $Е⩾$10³ В/см, а при $Т≪θ$_D – при Е по­ряд­ка 10^–1–1 В/см.

Ра­зо­грев но­си­те­лей с рос­том Е при­во­дит к из­ме­не­нию элек­трич. про­во­ди­мо­сти σ по­лу­про­вод­ни­ка и от­кло­не­нию его вольт-ам­пер­ной ха­рак­те­ри­сти­ки от за­ко­на Ома. При дос­та­точ­но силь­ном па­де­нии σ с рос­том элек­трич. по­ля на вольт-ам­пер­ной ха­рак­те­ри­сти­ке по­яв­ля­ет­ся па­даю­щий уча­сток с от­ри­ца­тель­ным диф­фе­рен­ци­аль­ным со­про­тив­ле­ни­ем, она ста­но­вит­ся $N$-об­раз­ной (см. Ган­на эф­фект). В тех же слу­ча­ях, ко­гда σ рас­тёт, мо­жет на­блю­дать­ся $S$-об­раз­ная ха­рак­те­ри­сти­ка и как след­ст­вие – шну­ро­ва­ние то­ка. Ко­гда при при­бли­же­нии к не­ко­то­рой ве­ли­чи­не на­пря­же­ния ток очень силь­но рас­тёт, го­во­рят об элек­трич. про­бое.

На­грев элек­тро­нов при­во­дит и к др. эф­фек­там: эмис­сии Г. э. из не­на­гре­тых по­лу­про­вод­ни­ков, ани­зо­тро­пии элек­трич. про­во­ди­мо­сти и ко­эф. диф­фу­зии в кри­стал­лах ку­бич. син­го­нии в силь­ных по­лях, рос­ту и ани­зо­тро­пии флук­туа­ций элек­три­че­ских.

Г. э. воз­ни­ка­ют так­же при ин­жек­ции но­си­те­лей за­ря­да из кон­так­та двух про­вод­ни­ков под дей­ст­ви­ем при­ло­жен­но­го к ним на­пря­же­ния; при ге­не­ра­ции но­сите­лей за­ря­да све­том с энер­ги­ей фо­то­нов, пре­вы­шаю­щей ши­ри­ну за­прещённой зо­ны по­лу­про­вод­ни­ка на ве­ли­чи­ну, бо́ль­шую ве­ли­чи­ны ха­рак­тер­ной те­п­ло­вой энер­гии но­си­те­лей.