Ridley-Watkins-Hilsums teori

Ridley-Watkins-Hilsum-  teorin är en teori inom fast tillståndets fysik som förklarar mekanismen genom vilken ett differentiellt negativt motstånd utvecklas i ett bulkhalvledarmaterial när en spänning appliceras på provklämmorna [1] . Ligger till grund för driften av Gunn-dioden , samt flera andra mikrovågshalvledarenheter som används i praktiken i elektroniska generatorer för att producera mikrovågsenergi . Den är uppkallad efter de brittiska fysikerna Brian Ridley [2] , Tom Watkins och Cyril Hilsum som teoretiskt beskrev effekten 1961 .

Svängningar av negativt differentiellt motstånd i bulkhalvledare observerades i laboratoriet av John Gann 1962 [3] , och kallades därför "Gann-effekten", men 1964 påpekade fysikern Herbert Kroemer att Ganns observationer kunde förklaras av Ridley. -Watkins-Hilsum teori [4] .

I huvudsak är Ridley-Watkins-Hilsum-mekanismen överföringen av ledningselektroner i en halvledare från en dal med hög rörlighet till dalar med lägre rörlighet och högre energi. Detta fenomen kan endast observeras i material med sådana energibandstrukturer .

Vanligtvis i en ledare orsakar en ökning av det elektriska fältet högre hastigheter av laddningsbärare (vanligtvis elektroner) och resulterar i en högre ström enligt Ohms lag . I en flerdalshalvledare kan dock högre energielektroner gå in i tillstånd i en annan dal, där de faktiskt har en högre effektiv massa och därmed saktar ner vid samma energi. I själva verket gör detta att hastigheten minskar och strömmen sjunker när spänningen ökar. Under överföringen minskar strömmen i materialet, det vill säga ett negativt differentialmotstånd uppträder. Vid högre spänningar återupptas den normala ökningen av ström-till-spänningsförhållandet efter att huvuddelen av bärarna kommer in i dalen med en större effektiv massa. Därför uppstår negativt differentialmotstånd endast i ett begränsat spänningsområde.

Av de typer av halvledarmaterial som uppfyller dessa villkor är galliumarsenid (GaAs) den mest studerade och använda. Ridley-Watkins-Hilsum-mekanismen observeras dock i indiumfosfid (InP), kadmiumtellurid (CdTe), zinkselenid (ZnSe) och indiumarsenid (InAs) under hydrostatiskt eller enaxligt tryck.

Anteckningar

1. ↑ BK Ridley.  Möjligheten till negativa motståndseffekter i halvledare  // Proceedings of the Physical Society  : journal. - 1961. - Vol. 78 , nr. 2 . - doi : 10.1088/0370-1328/78/2/315 . - .
2. ↑ Ridley. BK Ridley (ej tillgänglig länk) . www.essex.ac.uk . Hämtad 3 mars 2015. Arkiverad från originalet 24 september 2015. (obestämd) 
3. ↑ JB Gunn. Mikrovågsoscillation av ström i III-V-halvledare  //  Solid State Communications  : journal. - 1963. - Vol. 1 , nej. 4 . — S. 88 . - doi : 10.1016/0038-1098(63)90041-3 . - .
4. ↑ H. Kroemer. Theory of the Gunn effect  //  Proceedings of the IEEE  : journal. - 1964. - Vol. 52 , nr. 12 . - doi : 10.1109/proc.1964.3476 .

Litteratur

• Liao, Samuel Y (1990). Microvave Devices and Circuits (3:e upplagan). Prentice Hall. ISBN 0-13-583204-7.
• Averkov, YO (2001). "Ridley-Watkins-Hilsum-effektens roll i stabiliseringen av elektromagnetiska vågor på millimeter- och submillimeterytan som exciteras av en elektronstråle som rör sig parallellt med GaAs-ytan". Det fjärde internationella Kharkov-symposiet om fysik och teknik för millimeter- och submillimetervågor. 1.pp. 299-301. doi:10.1109/MSMW.2001.946832. ISBN 0-7803-6473-2.
• F; Sterzer. Överförda elektronförstärkare (Gunn) och oscillatorer för mikrovågsapplikationer  //  Proceedings of the IEEE : journal. - 1971. - Vol. 59 , nr. 8 . - P. 1155-1163 . - doi : 10.1109/PROC.1971.8361 .
• NR; Agamalyan. Fotoelektriska egenskaper hos blymolybdatkristaller  //  Physica Status Solidi A : journal. - 1996. - Vol. 157 , nr. 2 . - s. 421-425 . - doi : 10.1002/pssa.2211570226 . - .
• Fenomen/teorier - 1961 . Milstolpar inom halvledarvetenskap och teknologi . Arkiverad från originalet den 26 oktober 2009. (obestämd)