84
талла. Установлено, что эффективная масса в первой долине зна-
чительно меньше, чем во второй:
m
эф1
= 0,07 m , m
эф2
= 1,2 m ,
где m – масса свободного электрона. Подвижность у «тяжелых»
электронов, соот в етственно, оказывается значительно меньше, чем
у «легких»: µ
2
= 100 см
2
/Вc, µ
1
= 5000 cм
2
/Bc. Соотношение концен-
траций электронов в долинах:
n
2
/n
1
= (m
эф2
/m
эф1
)
3./2
exp(-∆ε
1
/kT) . (8.1)
В норма льных условиях (комнатная температура, отсут ствие
сильного внешнего поля) n
2
/n
1
< 1 0
-4
, поэтому все электроны
находят ся в первой долине. Однако это соотношение сильно из-
меняется, если в крист а л ле создано сильное электрическо е поле,
увеличивающее среднюю кинетическую энергию электронов,
что эквивалентно увеличению температуры электронов по срав-
нению с температурой решетки. (Такие электроны называют
горячими электронами.) При напряженности внешнего элект-
рического поля большей некоторого критиче ского значения Е
п
~
3 кВ/см о сновная часть электронов переходит из первой долины
во вторую. Переход из первой долины во вторую сопровождает-
ся потерей скоро сти электронов, что эквивалентно появлению
отрицательной дифференциальной подвижности этих носителей
(рис. 8.2). Как будет показано ниже, наличием эффекта отрица-
тельной подвижности носителей заряда и объясняется работа
диодов Ганна.
Доменная неустойчивость (эффект Ганна)
В 1963 году Дж.Ганн экспериментально обнаружил, что в об-
разцах арсенида галлия с n-проводимостью при напряженностях
внешнего электрического поля порядка 3 кВ/см и более появля-
ются колебания тока с периодом, примерно равным времени про-
лета электронов в образце. Это явление, названное эффектом
Ганна, объясняется только что рассмотренным влиянием поля на
подвижность носителей.
Специальные исследования показали, что междолинный пере-
ход электронов происходит не по всей длине образца GaAs, а лишь
в его некоторой узкой области, где имеется неоднородность кон-
центрации примеси или флуктуация напряженности электрическо-
го поля.