ГОРЯ́ЧИЕ ЭЛЕКТРО́НЫ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
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 𝒜ср электронов выше равновесного значения (в невырожденном электронном газе 𝒜ср=3/2$kT$, $k$ – постоянная Больцмана), электронный газ передаёт энергию фононам при рассеянии на них. Степень «разогрева» носителей заряда, т. е. увеличение их 𝒜ср 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.