пьезополупроводники

ПЬЕЗОПОЛУПРОВОДНИКИ - пьезоэлектрические материалы, обладающие полупроводниковыми свойствами. К П. относятся полупроводники, деформирование к-рых сопровождается возникновением электрич. поля (электрич. поляризации), пропорционального величине деформации (прямой пьезоэлектрич. эффект). Под действием электрич. поля в П. возникают внутр. механич. напряжения, пропорциональные электрич. полю E (обратный пьезоэлектрич. эффект) (см. Пьезо-электрики).

П. являются представители разл. групп полупроводниковых материалов. К ним относятся элементарные полупроводники (Те, Se), соединения группы A^IIIB^V (GaAs, GaP, InSb и др.), группы A^II B^VI (GdS, ZnO, ZnS и др.). Пьезоэлектрич. свойствами обладают SiC, соединения группы A^IVB^VI(GeTe, SnTe и др.), к-рые одноврем. характеризуются и сегнетоэлектрич. свойствами (см. Сегнетополупроводники). К П. могут быть отнесены также высокоомные пьезоэлектрич. материалы с примесной проводимостью, напр. группа германосилленита (Вi₁₂GеО₂₀). Кристаллы этой группы обладают собств. фотопроводимостью ,могут быть легированы разл. примесями; их примесная проводимость s ~ 10^-8 - 10^-7 Ом^-1·см^-1.

В табл. для нек-рых П. приведены пьезоэлектрич. коэф. (пьезомодули) ширина запрещённой зоны и диэлектрич. проницаемость e. Важной характеристикой П. является коэф. эл--механич. связи К. Величина K² показывает, какая доля энергии упругой деформации (злектрич. энергии) может превратиться в электрич. энергию (энергию упругой деформации) за счёт пьезоэлектрич. взаимодействия. Коэф. эл--механич. связи зависят от направления электрич. поля, от возбуждаемой упругой моды и сильно меняются от кристалла к кристаллу.

Распространение акустич. волн в П. сопровождается возникновением электрич. полей, с к-рыми могут взаимодействовать свободные носители заряда. Это имеет место как для тепловых фононов, так и для когерентных УЗ-волн, вводимых в кристалл извне. В последнем случае наблюдаются эффекты, обусловленные акустоэлектронным взаимодействием. К наиб. важным из них относятся акустоэлектрический эффект и усиление УЗ-волн дрейфом свободных носителей заряда. Акустоэлектрич. эффект представляет собой возникновение пост. электрич. тока или эдс в П. при распространении в нём бегущей УЗ-волны. Этот эффект связан с пространств. группировкой свободных электронов (дырок) в электрич. полях УЗ-волны, с увлечением их волной и с передачей импульса от волны к электронам (см. Увлечение электронов фононами). Плотность акустоэлектрич. тока где - коэф. электронного поглощения, m - подвижность электронов, I - интенсивность УЗ-волны; u_s - скорость звука. В разомкнутой цепи возникает акустоэдс U=j/s (s - электропроводность П.). В П.

с большой константой эл--механич. связи акустоэдс при I ~ 1 Вт/см² может достигать неск. единиц В/см. Если к П. приложено пост. электрич. поле Е, в к-ром скорость дрейфа электронов то происходит усиление УЗ-волны. Коэф. усиления пропорционален K² и зависит от соотношения частоты УЗ, т. н. максвелловской частотыи диффузионной частоты, где D - коэф. диффузии. В области частот w/2p = 100-500 МГц коэф. усиления может достигать 100 дБ/см.

Высокоомные П. применяются в качестве пьезоэлектрических преобразователей для генерации и приёма УЗ, в ультразвуковой дефектоскопии, в акустических линиях задержки, акустооптич. устройствах (см. Акустооптика). Использование акустоэлектронного взаимодействия в П. позволяет создавать усилители УЗ-волн, фазовращатели и преобразователи частоты, устройства аналоговой обработки радиосигналов (ф-ции свёртки, корреляции и др.).

Лит.: Гуревич В. Л., Теория акустических свойств пьезоэлектрических полупроводников, "ФТП", 1968, т. 2, в. И, с. 1557; Пустовойт В. И., Взаимодействие электронных потоков с упругими волнами решетки, "УФН", 1969, т. 97, в. 2, с. 257; Такер Дж., Рэмптон В., Гиперзвук в физике твердого тела, пер. с англ., М., 1975; Гальперин Ю. М., Гуревич В. Л., Акустоэлектроника полупроводников и металлов, М., 1978. В. В. Леманов,

   <<      Предметный указатель      >>