Ridley-Watkins-Hilsum elmélet

A Ridley-Watkins-Hilsum  elmélet a szilárdtestfizika elmélete, amely megmagyarázza azt a mechanizmust, amellyel egy ömlesztett félvezető anyagban differenciális negatív ellenállás alakul ki, amikor feszültséget kapcsolunk a minta kivezetéseire [1] . A Gunn dióda , valamint számos más mikrohullámú félvezető eszköz működésének alapja , amelyeket a gyakorlatban elektronikus generátorokban használnak mikrohullámú energia előállítására. Brian Ridley [2] , Tom Watkins és Cyril Hilsum brit fizikusokról nevezték el ., aki elméletileg leírta a hatást 1961 -ben .

Az ömlesztett félvezetők negatív differenciálellenállásának oszcillációit John Gann figyelte meg laboratóriumban 1962-ben [3] , ezért "Gann-effektusnak" nevezték el, de 1964-ben Herbert Kroemer fizikus rámutatott, hogy Gann megfigyelései a Ridley-vel magyarázhatók. -Watkins-Hilsum elmélet [4] .

Lényegében a Ridley-Watkins-Hilsum mechanizmus a vezetési elektronok átvitele egy félvezetőben egy nagy mobilitású völgyből az alacsonyabb mobilitású és nagyobb energiájú völgyekbe. Ez a jelenség csak ilyen energiasávos szerkezetű anyagoknál figyelhető meg .

Jellemzően egy vezetőben az elektromos tér növekedése a töltéshordozók (általában elektronok) nagyobb sebességét okozza , és az Ohm törvénye szerint nagyobb áramerősséget eredményez . Egy többvölgyes félvezetőben azonban a nagyobb energiájú elektronok egy másik völgyben lévő állapotokba kerülhetnek, ahol valójában nagyobb effektív tömegük van , és így azonos energiánál lelassulnak. Valójában ez a sebesség csökkenését okozza, és az áram csökken a feszültség növekedésével. Az átvitel során az anyagban lévő áram csökken, azaz negatív differenciálellenállás jelenik meg. Magasabb feszültségeknél az áram-feszültség arány normál növekedése folytatódik, miután a hordozók nagy része nagyobb effektív tömeggel lép be a völgybe. Ezért negatív differenciálellenállás csak korlátozott feszültségtartományban fordul elő.

Az ezen feltételeknek megfelelő félvezető anyagok közül a gallium-arzenid (GaAs) a legszélesebb körben tanulmányozott és használt. A Ridley-Watkins-Hilsum mechanizmus azonban megfigyelhető az indium -foszfidban (InP), a kadmium-telluridban (CdTe), a cink -szelenidben (ZnSe) és az indium-arzenidben (InAs) hidrosztatikus vagy egytengelyű nyomás alatt.

Jegyzetek

1. ↑ BK Ridley.  A félvezetők negatív ellenállási hatásainak lehetősége  // Proceedings of the Physical Society  : folyóirat. - 1961. - 1. évf. 78 , sz. 2 . - doi : 10.1088/0370-1328/78/2/315 . - Iránykód .
2. ↑ Ridley. BK Ridley (nem elérhető link) . www.essex.ac.uk . Letöltve: 2015. március 3. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 24.. (határozatlan) 
3. ↑ JB Gunn. Az áram mikrohullámú oszcillációja a III-V félvezetőkben  //  Szilárdtest - kommunikáció  : folyóirat. - 1963. - 1. évf. 1 , sz. 4 . — 88. o . - doi : 10.1016/0038-1098(63)90041-3 . - .
4. ↑ H. Kroemer. A Gunn-effektus elmélete  //  Proceedings of the IEEE  : folyóirat. - 1964. - 1. évf. 52 , sz. 12 . - doi : 10.1109/proc.1964.3476 .

Irodalom

• Liao, Samual Y (1990). Microvave Devices and Circuits (3. kiadás). Prentice Hall. ISBN 0-13-583204-7.
• Averkov, YO (2001). "A Ridley-Watkins-Hilsum effektus szerepe a GaAs felületével párhuzamosan mozgó elektronsugár által gerjesztett milliméteres és szubmilliméteres felületi elektromágneses hullámok stabilizálásában." A Negyedik Nemzetközi Harkovi Szimpózium a milliméteres és szubmilliméteres hullámok fizikájáról és tervezéséről. 1.pp. 299-301. doi:10.1109/MSMW.2001.946832. ISBN 0-7803-6473-2.
• F; Sterzer. Átvitt elektron (Gunn) erősítők és oszcillátorok mikrohullámú alkalmazásokhoz  //  Proceedings of the IEEE : folyóirat. - 1971. - 1. évf. 59 , sz. 8 . - P. 1155-1163 . - doi : 10.1109/PROC.1971.8361 .
• NR; Agamalyan. Ólom-molibdát kristályok fotoelektromos tulajdonságai  //  Physica Status Solidi A : folyóirat. - 1996. - 1. évf. 157. sz . 2 . - P. 421-425 . - doi : 10.1002/pssa.2211570226 . - .
• Jelenségek/Elméletek - 1961 . Mérföldkövek a félvezető-tudományban és -technológiában . Archiválva az eredetiből 2009. október 26-án. (határozatlan)