AllPhysics.ruАКУСТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
АКУСТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ, возникновение пост. тока или эдс в проводящей среде (металл, полупроводник) под действием бегущей УЗ волны. А. э.— одно из проявлений акустоэлектронного взаимодействия. Появление тока связано с передачей импульса (и соотв. энергии) от УЗ волны эл-нам проводимости. Это приводит к направленному движению носителей — электрич. току в направлении распространения звука. А. э. явл. нелинейным эффектом и аналогичен нек-рым другим нелинейным увлечения эффектам, напр. акустическим течениям. Локальные электрич. поля, возникающие в проводящей среде под действием УЗ волны, захватывают носители заряда, что приводит к «увлечению» их волной — возникновению акустоэлектрич. тока. При вз-ствии акустич. волн с эл-нами проводимости каждый фонон, взаимодействующий с эл-ном, передаёт ему импульс hw/c (w и с — частота и скорость звука соответственно). При этом эл-н получает дополнит. скорость Dv=hw/cm в направлении распространения звука (т — масса эл-на) и возникает электрич. ток, плотность к-рого
где е — заряд эл-на, nе— число эл-нов проводимости в ед. объёма. Если учесть, что m=te/m — подвижность эл-нов (см. Подвижность носителей тока), t — время между столкновениями, а I=hwnфc — интенсивность УЗ волны (nф — число фононов в ед. объёма)
и положить, что aе=(ne/nф)(1/ct) — коэфф.
электронного поглощения в проводящей среде, то из (1) получается универсальное соотношение для акустоэлектрич. тока (соотношение Вайнрайха):
Jае=aеmI/c. (2)
В замкнутой цепи, состоящей из кристалла CdS с металлич. электродами, перпендикулярными направле-
нию распространения звука, и измерит. прибора, будет протекать акустоэлектрич. ток (рис., а). Если же цепь разомкнута, то между электродами возникает акустоэлектрич. разность потенциалов (акустоэдс), напряжённость поля к-рой
Eae=Jae/s=amI/sc, (3)
где s — электропроводность среды. В кристаллах обычных ПП Ge, Si и в металлах А. э. незначителен. В пьезополупроводниках (напр., CdS, CdSe) сильное акустоэлектрическое вз-ствие приводит к тому, что величина
Схемы измерений: а — акустоэлектрич. тока; б — акустоэлектрич. эдс; в — поперечного акустоэлектрич. эффекта; 1— кристалл CdS; 2 — металлич. электроды; 3 — звукопроводы; 4 — излучающие преобразователи; 5 — приёмные преобразователи.
Eae на 5—6 порядков в них больше, чем при тех же условиях в Ge, и достигает неск. В/см при интенсивности звука 1 Вт/см2.
Наряду с продольным А. э. можно наблюдать и поперечный А. э., т. е. возникновение разности потенциалов на электродах кристалла, расположенных параллельно направлению распространения звука. А. э. имеет место и для упругих поверхностных волн. Если к кристаллу, в к-ром распространяется УЗ волна, приложено внешнее постоянное электрич. поле, создающее дрейф носителей заряда в направлении распространения УЗ, то А. э. существенно зависит от соотношения скорости дрейфа vд и скорости звука с. Так, при vд<c хар-р и знак А. э. тот же, что и при отсутствии дрейфа. При vд>c А. э. меняет знак. Смена знака происходит точно при vд=c. При vд>с в пьезополупроводнике происходит усиление УЗ, а А. э. резко уменьшается.
А. э. применяется для измерения интенсивности УЗ в тв. телах, частотных хар-к УЗ преобразователей, структуры звук. поля, а также для исследования электрич. св-в ПП: измерения подвижности носителей, величины акустоэлектронного вз-ствия, отбора кристаллов, предназначенных для усиления УЗ.
• Некоторые вопросы взаимодействия ультразвуковых волн с электронами проводимости в кристаллах, М., 1965; Б е л я е в Л. М. [и др.], Взаимодействие ультразвуковых волн с электронами проводимости в сернистом кадмии, «Кристаллография», 1965,. т. 10, в. 2, с. 252; М о р о з о в А. И., Исследование акустоэлектрического эффекта в кристаллах сульфида кадмия, «ФТТ», 1965,
т. 7, № 10, с. 3070; Гуляев Ю. В. [и др.], К теории электронного поглощения и усиления поверхностных звуковых волн в пьезокристаллах, там же, 1970, т. 12, М 9, с. 2595; К м и т а А. М., Медведь А. В., Поперечный акустоэлектрический эффект в слоистой структуре LiNbO3 — Si, «Письма ЖЭТФ», 1971, т. 14, в. 8, с. 455.
В. Е. Лямов.