26. Гетеропереходы:

Гетеропереходы возникают при контакте двух полупроводников с различным химическим составом, которые имеют различную ширину запрещенной зоны и диэлектрическую проницаемость. Различают изотипные и анизотипные гетеропереходы. Изотипный гетеропереход образован двумя полупроводниками с различными видами проводимости. Наиболее часто используемым является гетеропереход Ge-GaАs (германий-арсенид галия).

Гетеропереходы нашли широкое применение при создании гетероструктур, т.е. полупроводниковых структур с несколькими гетеропереходами типа n-p-n. На основе гетероструктур созданы разнообразные оптоэлектронные приборы: гетеролазеры, гетеросветодиоды, гетерофотоприемники.

Такое перемещение носителей заряда на границе раздела вызывает изгиб зон и возникновение контактной разности потенциалов

Этот процесс сходен с процессом, происходящим при образовании обычного электронно-дырочного перехода. Однако вследствие различия в ширине запрещенных зон при гетеропереходе возникают разрывы энергии ∆εc и ∆εv: откуда

Потенциа́льный барье́р — область пространства, разделяющая две другие области с различными или одинаковыми потенциальными энергиями. Характеризуется «высотой» — минимальной энергией классической частицы, необходимой для преодоления барьера

При приложении внешнего напряжения в прямом направлении (т.е. когда полупроводник n-GaАs находится под отрицательным потенциалом, а р-Gе - под положительным потенциалом) под действием U уровни GaAs будут смещаться вверх, и разрыв между уровнями εс будет уменьшаться. При этом через переход потечет электрический ток, пропорциональный приложенному напряжению. Для дырок, независимо от приложенного напряжения, все равно сохраняется, хотя и несколько уменьшенный, потенциальный барьер, который препятствует их перемещению.

27. Физические свойства диэлектриков

1. Еслиметаллы характеризуются высокой электропроводностью, а полупроводники − способностью изменять электропроводность в широких пределах под действием внешних воздействий, то диэлектрики обладают высоким сопротивлением прохождению электрического тока и способностью к поляризации.

2. В отличие от металлов и полупроводников внешнее электрическое поле в диэлектриках приводит не к перемещению свободных зарядов, а в основном только к их смещению. В результате их смещения возникают электрические дипольные моменты, приводящие к макроскопическому эффекту − электрической поляризации вещества.

3. Диэлектрики и проводники (металлы и легированные полупроводники) существенно отличаются друг от друга не только по электрическим свойствам, но и по термическим, оптическим, механическим и ряду других свойств.

4. В диэлектриках же перенос теплоты осуществляется в основном за счет колебаний кристаллической решетки.

5. В то же время диэлектрические кристаллы прозрачны в видимом диапазоне.

6. Как следует из известных данных для диэлектриков, ширина запрещенной зоны превышает 2-3 эВ, что делает крайне неэффективной термическую генерацию свободных носителей

7. В диэлектриках в отличие от полупроводников электроны локализованы не на связях между атомами, а вблизи отдельных ионов или молекул в ионных или молекулярных кристаллах соответственно. Вследствие этого концентрация свободных электронов и дырок относительно мала (~ ).

28. В диэлектриках свободными носителями заряда наряду с электронами и дырками могут быть также ионы.

Таким образом, в соответствии с типом носителей заряда электропроводность диэлектриков можно разделить на следующие виды:

1. Электронная электропроводность, при которой ток переносят электроны и дырки.

2. Ионная электропроводность, при которой ток переносят ионы (положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы).

3. Молионная электропроводность, при которой носителями заряда являются заряженные группы молекул (молионы) или мелкие частицы.

Механизмы переноса носителей заряда: Для диэлектриков характерны два механизма переноса заряда в приложенном электрическом поле: дрейфовый и прыжковый механизмы. Дрейфовый механизм отличается тем, что подвижные носители заряда свободные (электроны и ионы) большую часть времени тратят на движение, а меньшую часть – на взаимодействие с другими частицами. При прыжковом механизме носители заряда (электроны) большую часть времени находятся в локализованном состоянии и лишь незначительную часть времени тратят на перескоки между различными локализованными состояниями.

29. Поляризация диэлектриков —явление, связанное с ограниченным смещением вязанных  зарядов  в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.

Различают следующие виды упругой поляризации в приложенном электрическом поле

1. Электронная упругая поляризация,

2. Ионная упругая поляризация.

3. Дипольная упругая поляризация.

Классификация механизмов поляризации диэлектриков

Для линейных диэлектриков поляризованность (или поляризация) прямо пропорциональна напряженности приложенного электрического поля: , где χ − диэлектрическая восприимчивость (безразмерная величина), –– электрическая постоянная, характеризующая электрическое поле в условиях отсутствия его взаимодействия с веществом.

30. Сегнетоэлектрики – кристаллические диэлектрики, обладающие в определенном диапазоне температур спонтанной поляризацией, которая существенно меняется под влиянием внешних воздействий. Зависимость от внешнего электрического поля гистерезисная.

образование доменной структуры является следствием конкуренции нескольких вкладов в полную энергию ферромагнетика. А именно,

1. - обменной энергии - U_обм,

2. - энергии кристаллографической анизртропии - U_K,

3. - энергия магнитострикционной деформации -  ,

4. - магнитоупругой энергии  ,

5. - магнитостатической энергии - U₀,

6. - магнитной энергии - U_M.

U = Uобм + UK +   +   + U0 + UM.

Зависимость электрической индукции (D) от напряженности (Е) электрического поля называют основной кривой поляризации. Видно, что при некоторой напряженности поля ростD с увеличением Е с становится менее заметным, что соответствует состоянию технического насыщения, когда все домены оказываются ориентированными по полю. Незначительное возрастание индукции на участке насыщения обусловлено процессами индуцированной поляризации. 

поляризация твердой среды, т.е. возникновение электрического дипольного момента P, может происходить под действием приложенного электрического поля E, упругой деформации u (пьезоэлектрический эффект), изменения температуры ∆T (пироэлектрический эффект), магнитного поля ∆H (магнитоэлектрический эффект). Поляризация может существовать и без любых внешних воздействий, она получила название спонтанной поляризации.

31. Пьезоэлектриками называются вещества, в которых при приложении механических напряжений возникает электрическая поляризация даже в отсутствие электрического поля. Этот эффект называется прямым пьезоэффектом. Его причиной является упругое смещение электрических зарядов под действием внешних механических сил. Наряду с прямым пьезоэффектом существует обратный пьезоэффект, заключающийся в возникновении механических деформаций под действием приложенного к пьезоэлектрику электрического поля.

Поляризация возникает только при одновременном приложении электрического поля с повышением температуры.

Основой любого кварцевого резонатора является пластинка из кварца. Кварц – это одна из разновидностей кремнезема SiO₂. Для изготовления резонаторов пригоден только лишь низкотемпературный кварц, который обладает пьезоэлектрическими свойствами. В природе такой кварц встречается в виде кристаллов и бесформенной гальки.