От лат evaporo испаряю и греч grapho пи­шу), метод получения изображений объектов в их собственном (обычно ик) тепловом излучении. Предложен нем

Вид материала

Документы

Содержание Электронная микроскопия Лоренца силой Электронная оболочка Электронная оптика Электронная проводимость Электронная пушка Рис. 1. Схема электронной пушки: 1 — катод; 2 — модулятор; 3 — первый анод; 4 — второй анод; е — траектории эл-нов. Рис. 2. Структурная схема осесимметричной электронной пушки, используемой в клистронах (показана в разрезе). Электронная теория Электронная эмиссия Электронно-дырочная жид­кость Инфракрасная фотография электронно-ды­рочной капли в Ge: 1 — образец Ge; 2 — электронно-дырочная капля. Электронно-дырочный пере­ход Рис. 1. Схема р — n-перехода: чёрные точ­ки — эл-ны, светлые круж­ки — дырки. U позволяет использовать Э.-д. п. в качестве регу­лируемого сопротивления (варистора). При подаче на Э.-д. п. достаточно высоког Рис. 2. Вольтамперная хар-ка р — n-переход a: U — прило­женное напря­жение; I — ток через переход; I Э. М. Эпштейн.

Подобный материал:

• Реферат по русскому языку на тему: «Типы словарей», 284.65kb.
• Метод распознавания изображений гистологических препаратов в задачах медицинской диагностики, 31.25kb.
• Конспект лекций для 16-и часового курса начертальная геометрия издание 2-ое, 578.52kb.
• Обработка и передача изображений, 243.48kb.
• Социоло́гия (от лат socius общественный; др греч. λόγος мысль, причина) наука о закономерностях, 85.75kb.
• Isbn 5-7262-0634 нейроинформатика 2006, 165.42kb.
• М. В. Лычагин Зав кафедрой д э. н., профессор, 986.65kb.
• Предложен метод неразрушающего акустического контроля многофазных макрооднородных композитных, 14.58kb.
• От греч autos -сам, bios жизнь, grapho пишу, лит прозаический жанр; как правило, последовательное, 2051.5kb.
• М. В. Корытова научный руководитель Р. Т. Файзуллин, д т. н., профессор Омский государственный, 26.14kb.

ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ, совокупность методов исследования с помощью электронных микроскопов (МЭ) микроструктур тел (вплоть до атомно-молекулярного уровня), их ло­кального состава и локализованных на поверхностях или в микрообъёмах тел электрич. и магн. полей («микрополей»). Э. м. включает также усо­вершенствование и разработку новых МЭ и др. корпускулярных микроско­пов (напр., протонного микроскопа) и приставок к ним; разработку мето­дик подготовки образцов, исследуемых в МЭ; изучение механизмов формиро­вания электронно-оптич. изображе­ний; разработку способов анализа получаемой информации.

Объекты исследования в Э. м.— обычно тв. тела. В просвечивающих МЭ (ПЭМ) эл-ны с энергиями от 1 кэВ до 5 МэВ проходят сквозь объект, поэтому изучаются образцы в виде тонких плёнок, фольги (рис. 1), сре­зов и т.п. толщиной от 1 нм до 10 мкм (от 10 Å до 10⁵ Å). Микрокристаллы, порошки, аэрозоли и т. п. можно изучать, нанеся их предварительно на подложку: тонкую плёнку для ис­следования в ПЭМ или массивную подложку для исследования в раст­ровых МЭ (РЭМ). Поверхностную и приповерхностную структуру массив­ных тел толщиной существенно боль­ше 1 мкм исследуют с помощью РЭМ (рис. 2), отражательных, зеркальных МЭ, ионных проекторов и электронных проекторов. Поверхностная геом. структура массивных тел изучается также и методом реплик: с поверхности такого тела снимается отпечаток в



Рис. 1. Полученное в просвечивающем элек­тронном микроскопе изображение сетки дислокаций на границах зёрен в тонкой молибденовой фольге, деформированной при высокотемпературном нагреве.



Рис. 2. Изображение предварительно отпо­лированной, а затем подвергнутой ионной бомбардировке поверхности монокристалла меди. Снято в растровом электронном мик­роскопе. Увеличение 3000.



Рис. 3. Винтовые дислокации на поверх­ности кристалла NaCl, подвергнутого термич. травлению при температуре 773 К. Изображение получено методом декориро­вания.

виде тонкой плёнки углерода, колло­дия, формвара и т. п., повторяющий рельеф поверхности и рассматриваемый в ПЭМ. Обычно предварительно на реплику в вакууме напыляется под скользящим (малым к поверхности) углом слой сильно рассеивающего

эл-ны тяжёлого металла (напр., Pt), оттеняющий выступы и впадины геом. рельефа — т. н. метод декорирования. Этот метод позволяет исследовать не только геом. структуры поверхностей, но и микрополя, обусловленные дис­локациями (рис. 3), скоплениями то­чечных дефектов (см. Дефекты в кристаллах), ступенями роста крист. граней, доменной структурой (см. Домены) и т. д. В этом случае на поверхность образца вначале напыля­ется очень тонкий слой декорирующих ч-ц (атомы Au, Pt, молекулы полу­проводников или диэлектриков), осаж­дающихся преим. на участках сосре­доточения микрополей, а затем сни­мается реплика с включениями деко­рирующих ч-ц.

С помощью газовых микрокамер — приставок к ПЭМ или РЭМ — можно изучать жидкие и газообразные объ­екты, неустойчивые к воздействию высокого вакуума, в т. ч. влажные биол. препараты. Радиационное воз­действие облучающего электронного пучка довольно велико, поэтому при исследовании биол., полупроводни­ковых, полимерных и т. п. объектов необходимо тщательно выбирать режим работы МЭ, обеспечивающий мини­мальную дозу облучения.

Наряду с исследованием статиче­ских, не меняющихся во времени объ­ектов Э. м. даёт возможность изучать разл. процессы в динамике их разви­тия: рост плёнок, деформацию кри­сталлов под действием переменной нагрузки, изменение структуры под влиянием электронного или ионного облучения и т. д. Благодаря малой инерционности эл-нов можно иссле­довать периодические во времени про­цессы, напр. перемагничивание тон­ких магнитных плёнок, изменение по­ляризации сегнетоэлектриков, распро­странение УЗ волн и т. д. Эти иссле­дования проводят методами стро­боскопической Э. м. (рис. 4): образец «освещается» электронным пуч­ком не непрерывно, а импульсно, синхронно с подачей импульсного на­пряжения на образец, что обеспечи­вает фиксацию на экране прибора определённой фазы процесса точно так же, как это происходит в свето­оптич. стробоскопических приборах. Предельное временное разрешение при этом может в принципе составлять ок. 10^-15 с для ПЭМ (пока практически реализовано разрешение ~10^-12 с для ПЭМ и РЭМ).

Аморфные и квазиаморфные тела, размеры ч-ц к-рых меньше разреша­емого в МЭ расстояния, рассеивают эл-ны диффузно. Для их исследова­ния используются простейшие методы амплитудной Э. м. Напр., в ПЭМ контраст изображения, т. е. перепад яркостей изображения сосед­них участков объекта, в первом при­ближении пропорционален перепаду

879




Рис. 4. Изображения поверхности кремние­вого ПП диода, полученные в стробоскопич. эмиссионном электронном микроскопе: а — напряжение на диоде отсутствует; б — на диод подано запирающее напряжение 40 В, тёмная область — падение напряжения на p — n-переходе; в — кратковременное (ме­нее 40 нс) прямое падение напряжения (ши­рокая тёмная область) на базе диода при переключении его в состояние, при к-ром он «отперт».


толщин этих участков. Для расчёта контраста изображений крист. тел и решения обратной задачи — расчёта структуры объекта по наблюдаемому изображению — привлекаются методы фазовой Э. м.: решается задача о дифракции электронов (см. Дифрак­ция микрочастиц, Электронография) на крист. решётке. При этом допол­нительно учитываются неупругие вз-ствия эл-нов с объектом: рассеяние на плазмонах, фононах и т. п.



Рис. 5. Изображение доменной структуры тонкой, однородной по толщине пермаллоевой плёнки. Снято в просвечивающем элект­ронном микроскопе при дефокусировке изоб­ражения (метод лоренцевой электронной микроскопии). Светлые и тёмные узкие по­лосы — границы доменов. Видна «рябь» намагниченности, возникающая вследствие малых изменении направлений векторов на­магниченности (отмечены стрелками) внутри доменов.


В ПЭМ и растровых ПЭМ (ПРЭМ) высокого разрешения получают изображения отд. молекул или атомов тяжёлых элементов; пользуясь методами фа­зовой Э. м., восстанавливают по изоб­ражениям трёхмерную структуру кри­сталлов и биол. макромолекул. Для решения подобных задач применяют, в частности, методы голографии, а расчёты производят на ЭВМ.

Разновидность фазовой Э. м.— интерференционная Э. м., ана­логичная оптич. интерферометрии (см. Интерферометр): электронный пу­чок расщепляется с помощью элект­ронных призм, и в одном из плеч интерферометра устанавливается об­разец, изменяющий фазу проходящей сквозь него электронной волны. Этим методом можно измерить, напр., внутр. электрич. потенциал образца.

С помощью т. н. лоренцовой Э. м., в к-рой изучают явления, обус­ловленные Лоренца силой, исследуют внутр. магн. и электрич. поля или внеш. поля рассеяния, напр. поля магн. доменов в тонких плёнках (рис. 5), сегнетоэлектрич. доменов, поля головок для магн. записи ин­формации и т. п.

Состав объектов исследуется мето­дами микродифракции, т. е. электро­нографии локальных участков объекта; методами рентг. и катодолюминесцентного локального спектр. микро­анализа (см. катодолюминесценция, Спектральный анализ рентгеновский); регистрируется рентг. излучение на характеристических частотах или Катодолюминесценция, возникающие при бомбардировке образца сфокуси­рованным пучком эл-нов (диаметр электронного «зонда» менее 1 мкм).



Рис. 6. Изображение линий равной напря­жённости поля (от 25 до 150 Гс через 25 Гс) над зазором магн. головки (ширина зазора 26=2 мкм) для магн. записи информации. Получено в растровом электронном микро­скопе со спец. приставкой.


Кроме того, изучаются энергетич. спектры вторичных эл-нов, выбитых первичным электронным пучком с

поверхности или из объёма образца (см., напр., оже-спектроскония).

Интенсивно разрабатываются ме­тоды количеств. Э. м.— точного из­мерения разл. параметров образца или исследуемого процесса, напр, измерение локальных электрич. по­тенциалов, магн. полей (рис. 6), мик­рогеометрии поверхностного рельефа и т. д. МЭ используются и в технологич. целях (напр., для изготовления микросхем методом электронолитографии).

• X о к с П., Электронная оптика и элект­ронная микроскопия, пер. с англ., М., 1974; Стоянова И. Г., А н а с к и н И. Ф., Физические основы методов просве­чивающей электронной микроскопии, М., 1972; Утевский Л. М., Дифракцион­ная электронная микроскопия в металло­ведении, М., 1973; Практическая растровая электронная микроскопия, под ред. Дж. Гоулдстейна и X. Яковица, пер. с англ., М., 1978.

А. Е. Лукьянов.

ЭЛЕКТРОННАЯ ОБОЛОЧКА атома, совокупность эл-нов в атоме, состоя­ние к-рых характеризуется определён­ными квантовыми числами n и l. Число эл-нов в Э. о. равно 2(2_l+1). Подробнее см. в ст. Атом.

ЭЛЕКТРОННАЯ ОПТИКА, теория формирования потоков эл-нов и уп­равления ими с помощью электрич. и магн. полей, а также совокупность приборов и методов исследования, основанных на использовании таких потоков. Подробнее см. Электронная и ионная оптика.

ЭЛЕКТРОННАЯ ПРОВОДИМОСТЬ, проводимость га-типа, электропровод­ность полупроводника, в к-ром осн. носители тока — эл-ны проводимости. Э. п. осуществляется в ПП, когда концентрация доноров превышает кон­центрацию акцепторов.

Э. М. Эпштейн.

ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА, вакуум­ное устройство (обычно диод) для получения пучков эл-нов. Эл-ны в Э. п. вылетают из катода И ускоря­ются электрич. полем (рис. 1). Ис­пускание эл-нов из катода происходит



Рис. 1. Схема электронной пушки: 1 — катод; 2 — модулятор; 3 — первый анод; 4 — второй анод; е — траектории эл-нов.


гл. обр. в процессах термоэлектрон­ной эмиссии, эмиссии из плазмы, ав­тоэлектронной эмиссии. Формирова­ние заданного распределения элект­ронного пучка на выходе из Э. п. осуществляется подбором конфигу­рации и величины электрических и магнитных полей и явл. предметом электронной оптики (см. Электрон­ная и ионная оптика). Термин «Э. п.» чаще применяют к устрой­ствам для формирования высокоин­тенсивных электронных пучков (силь­ноточные Э. п.); слаботочные Э. п., представляющие собой более простые совокупности электродов и использу­емые в клистронах, электронно-луче-

880




Рис. 2. Структурная схема осесимметричной электронной пушки, используемой в клистронах (показана в разрезе).


вых приборах и т. д., обычно наз. электронными прожекто­рами (рис. 2). Токи электронных пучков в слаботочных Э. п. могут иметь значения в пределах от десятков мкА до десятков А, а энергия зл-нов — доходить до сотен кэВ.

В сильноточной Э. п. со­здаются электронные пучки с сущест­венно большими токами — до 10⁴—10⁷ А, энергией ускоренных эл-нов — до 10—20 МэВ и мощностью <-10¹³ Вт. Обычно в сильноточной Э. п. при плотностях тока 1 кА/см² исполь­зуются холодные катоды со взрывной электронной эмиссией. Образовавшая­ся при взрыве микроострий катода прикатодная плотная плазма расширяет­ся к аноду со скоростью v= (2—3)Х10⁶ см/с и замыкает диод за время d/v (d — расстояние катод — анод), что ограничивает длительность тока пучка через диод временами ~10^-8—10^-6 с.

Отличит. особенность Э. п. в режи­мах с большими токами состоит в сильном влиянии магн. поля пучка на траектории эл-нов. Как показывает

расчёт, при токе диода I8,5(ξR/mc²d) (кА)

(R — радиус катода, ξ — полная энер­гия эл-нов у анода, mc² — их энергия покоя) собств. магн. поле пучка эл-нов заворачивает эл-ны к оси этого пучка и увлекает его к центру анода (рис. 3). Такое «сжатие» пучка у анода при­водит к экранированию центр. обла­сти катода пространст­венным зарядом пучка, вследствие чего эл-ны испускаются гл. обр. кромкой катода. Эффект «сжатия» наиболее ярко про­является, если пространств. заряд и его электрич. поле частично компен­сируются ионами плазмы, заполняю­щей приосевую область диода или покрывающей поверхность анода.



Рис. 3. Схема сильноточно­го диода: 1 — катод; 2 — слой катодной плазмы; 3 — типичная траектория элект­рона в диоде, имеющая спи­ралеобразную форму; 4 — типичная траектория иона в диоде; 5 — слой анодной плазмы; 6 — анод.


Плазма в диоде создаётся либо с помощью внеш. источников, либо в результате нагрева анода электрон­ным пучком. При этом на аноде плотность тока сфокусированного пучка достигает 10⁶—10⁸ А/см², а плотность потока энергии — 10¹³ Вт/см². Пред­ставление о пучке в этом случае ус­ловно, т. к. поперечная скорость эл-нов сравнима с продольной.

Если в пространстве у анода есть слой плотной плазмы, то ионы уско­ряются электрич. полем к катоду, а ток в диоде переносится и эл-нами, и ионами. Теория и расчёт, подтверж­даемые экспериментами, предсказы­вают, что в результате вз-ствия магн. поля с эл-нами их ток с увеличением R/d перестаёт нарастать (в отличие от ионного). Токи ионных пучков в силь­ноточных Э. п. достигают 10⁶A при эффективности > 70%. Эффект подавления электронных токов на периферии диода магн. полями, наз. магнитной изоляцией, ис­пользуется в вакуумных передающих линиях, соединяющих источник пи­тания с диодом Э. п. и выдерживающих без пробоя напряжённость электрич. поля 10⁷ В/см.

Э. п. находят широкое применение в технике и науч. исследованиях, в частности в телевиз. системах, элект­ронных микроскопах, электронно-оп­тических преобразователях, использу­ются для плавки и сварки металлов и т. д. Сильноточные Э. п. использу­ются для нагрева плазмы, коллек­тивного ускорения заряж. ч-ц, полу­чения тормозного излучения, ондуляторного излучения и потоков нейтро­нов, генерации СВЧ-колебаний и ла­зерного излучения, в исследованиях по физике тв. тела.

• Алямовский И. В., Электронные пучки и электронные пушки, М., 1966; Месяц Г. А., Генерирование мощных наносекундных импульсов, М., 1974; Сми­рнов В. П., Получение сильноточных пучков электронов, «Приборы и техника эксперимента», 1977, № 2.

В. П. Смирнов.

ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕОРИЯ, классич. (неквантовая) теория эл.-магн. про­цессов, в основе к-рой лежат пред­ставления о строении в-ва из элект­рически заряж. ч-ц — эл-нов и ат. ядер (см. Лоренца — Максвелла урав­нения).

ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ, испус­кание эл-нов поверхностью конден­сированной среды. Э. э. возникает в случаях, когда часть эл-нов тела приобретает в результате внеш. воз­действий энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера на его границе, или если внеш. элект­рич. поле делает его «прозрачным» для части эл-нов. Э. э. наблюдается при нагревании тел (термоэлектрон­ная эмиссия), при бомбардировке эл-на­ми (вторичная электронная эмиссия), ионами (ионно-электронная эмиссия) или эл.-магн. излучением (фотоэлект­ронная эмиссия).

Для исследования Э. э. необходимо создать у поверхности тела (эмиттера) электрич. поле Е, ускоряющее эл-ны для удаления (отсасывания) эл-нов от поверхности эмиттера. Если это поле достаточно велико (E10⁴ В/см),

оно уменьшает высоту потенциального барьера на границе, в результате чего Э. э. возрастает (Шотки эффект). В очень сильных полях (~ 10⁷ В/см) потенциальный барьер становится столь тонким, что возникает туннель­ное просачивание эл-нов сквозь него (туннельная эмиссия, наз. обычно автоэлектронной эмиссией). В резуль­тате одновременного воздействия 2 или более факторов могут возникать термоавтоэлектронная, фотоавтоэлектронная эмиссии и др. В очень сильных импульсных электрич. полях (~5X10⁷ В/см) автоэлектронная эмиссия приводит к быстрому разрушению (взрыву) микроострий на поверхности эмиттера и к образованию плотной плазмы. Вз-ствие плазмы с поверхно­стью эмиттера вызывает редкое уве­личение тока Э. э. (взрывная электрон­ная эмиссия).

Т. М. Лифшиц.

ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНАЯ ЖИД­КОСТЬ, конденсированное состояние неравновесной электронно-дырочной плазмы в полупроводниках (см. Плазма твёрдых тел). Э.-д. ж. образуется, когда концентрация носителей заря­да — эл-нов проводимости и дырок (свободных или связанных в экси­тоны) — превышает нек-рое, завися­щее от темп-ры, критич. значение n_кр(Т). Эта концентрация легко до­стигается с помощью инжекции но­сителей, освещения и т. п. При до­стижении n_кр в системе носителей происходит фазовый переход, подоб­ный переходу газ — жидкость, в ре­зультате к-рого она расслаивается на две фазы: капли относительно плотной Э.-д. ж., окружённые газом экситонов и свободных носителей. При этом плотность и крист. струк­тура полупроводникового кристалла остаются практически неизменными.

В отличие от обычных жидкостей в Э.-д. ж. отсутствуют тяжёлые ч-цы. Поэтому Э.-д. ж. обладает сильно выраженными квант. свойствами: 1) она не может кристаллизоваться, а остаётся жидкостью вплоть до самых низких темп-р (см. Квантовая жид­кость); 2) она не может быть жидко­стью мол. типа, т. е. состоять из эк­ситонов или экситонных молекул, а состоит из квазисвободных эл-нов и дырок, т. е. подобна жидкому металлу.

Кулоновское вз-ствие, связывающее ч-цы в Э.-д. ж., ослаблено диэлектрич. проницаемостью кристалла. Поэтому по сравнению с обычными жидкостями энергии связи ξ₀ на одну ч-цу и концентрация ч-ц n в Э.-д. ж. малы (ξ₀~10^-2—10^-1 эВ, n₀~10¹⁷—10¹⁹ см^-3). Область темп-р Т, при к—рых возможно существование Э.-д. ж., по порядку величины опре­деляется соотношением: kT0,1ξ₀, Т~10—100 К.

Диаметр капель ~1—10 мкм, од­нако в спец. условиях удаётся на­блюдать капли с диаметрами до 1 мм

881


(рис.). Капли можно ускорять до скоростей порядка скорости звука в кристалле, т. е. это подвижные обла­сти высокой металлич. проводимости внутри практически непроводящего (при низких Т) кристалла. Э.-д. ж. можно рассматривать как устойчивые



Инфракрасная фотография электронно-ды­рочной капли в Ge: 1 — образец Ge; 2 — электронно-дырочная капля.


макроскопич. «сгустки» введенной в кристалл энергии возбуждения. Эта энергия выделяется в процессе реком­бинации эл-нов и дырок частично в виде эл.-магн. излучения, поэтому Э.-д. ж. являются интенсивными ис­точниками света. Э.-д. ж. наиболее полно изучена в Ge и Si, однако есть указания на её существование и в др. полупроводниках.

• См. лит. при ст. Экситон.

Л. В. Келдыш.

ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕ­ХОД (р — n-переход), область полу­проводника, в к-рой имеет место про­странств. изменение типа проводимо­сти от электронной n к дырочной p. Т. к. в р-области Э.-д. п. концентра­ция дырок гораздо выше, чем в n-области, дырки из р-области стремятся диффундировать в re-область, а эл-ны — в р-область. После ухода дырок из р-области в ней остаются отрица­тельно заряженные акцепторные ато­мы, а после ухода эл-нов в n-области — положительно заряженные донорные атомы. Т. к. акцепторные и донорные атомы неподвижны, то в области Э.-д. п.



Рис. 1. Схема р — n-перехода: чёрные точ­ки — эл-ны, светлые круж­ки — дырки.


образуется двойной слой пространств. заряда — отрицат. заряды в р-об­ласти и положит. заряды в n-области (рис. 1). Возникающее при этом кон­тактное электрич. поле противодейст­вует дальнейшей диффузии осн. носи­телей тока. В условиях теплового равновесия при отсутствии внеш. элект­рич. напряжения полный ток через Э.-д. п. равен нулю, т. к. в Э.-д. п. существует динамич. равновесие, при к-ром небольшой ток, создаваемый неосновными носителями (эл-нами в р-области и дырками в n-области), течёт к границе Э.-д. п. и проходит через него под действием контактного поля, а равный по величине ток, создаваемый осн. носителями (эл-нами в n-области и дырками в р-области), благодаря диффузии протекает через Э.-д. п. в обратном направлении. При этом осн. носителям приходится пре­одолевать контактное поле (потенци­альный барьер). Разность потенциа­лов, возникающая между р- и n-областями из-за наличия контактного поля (контактная разность потенциа­лов, или высота потенциального барь­ера), обычно составляет десятые доли вольта.

Внешнее электрич. поле изменяет высоту барьера и нарушает равнове­сие потоков носителей тока через барь­ер. Если положит. потенциал прило­жен к р-области, то потенциальный барьер понижается (прямое сме­щение). В этом случае с ростом приложенного напряжения экспонен­циально возрастает число осн. носи­телей, способных преодолеть барьер. Как только эти носители миновали Э.-д. п., они становятся неосновными. Поэтому концентрация неосновных но­сителей по обе стороны перехода уве­личивается (инжекция неос­новных носителей). Одно­временно в р- и n-области через кон­такты входят равные количества ос­новных носителей, вызывающих ком­пенсацию зарядов инжектированных носителей. В результате возрастает скорость рекомбинации и появляется отличный от нуля ток через переход, к-рый с ростом напряжения экспо­ненциально возрастает.

Приложение отрицат. потенциала к р-области (обратное смеще­ние) приводит к повышению потен­циального барьера. Диффузия основ­ных носителей через Э.-д. п. стано­вится пренебрежимо малой. В то же время потоки неосновных носителей не изменяются (для них барьера не существует). Потоки неосновных но­сителей определяются скоростью теп­ловой генерации электронно-дырочных пар. Эти пары диффундируют к барь­еру и разделяются его полем, в ре­зультате чего через Э..-Д. п. течёт ток I_s (ток насыщения), к-рый обычно мал и почти не зависит от напряжения. Т. о., зависимость тока I через Э.-д. п. от приложенного напряжения U (вольтамперная ха­рактеристика) обладает резко выра­женной нелинейностью (рис. 2), т. е. проводимость Э.-д. п. сильно зависит от U. При изменении знака U значение тока через Э.-д. п. может изменяться в 10⁵—10⁶ раз. Благодаря этому Э.-д. п. явл. вентильным устройством, пригодным для выпрямления перем.

токов (ПП диод). Зависимость со­противления Э.-д. п. от U позволяет использовать Э.-д. п. в качестве регу­лируемого сопротивления (варистора). При подаче на Э.-д. п. достаточно высокого обратного смещения U=U_пр возникает электрич. пробой, при к-ром



Рис. 2. Вольтамперная хар-ка р — n-переход a: U — прило­женное напря­жение; I — ток через переход; I_s — ток насы­щения; U_пр — напряжение пробоя.


через переход течёт большой обратный ток. Различают лавинный пробой, когда на длине свободного про­бега в области объёмного заряда но­ситель приобретает энергию, доста­точную для ионизации атомов, состав­ляющих крист. решётку, и туннель­ный (з и н е р о в с к и й) пробой, возникающий при туннелировании но­сителей сквозь барьер (см. Туннель­ный эффект).

От приложенного напряжения за­висит не только проводимость, но и электрич. ёмкость Э.-д. п. Дейст­вительно, повышение потенц. барьера при обратном смещении означает уве­личение разности потенциалов между n- и р-областями полупроводника, и, отсюда, увеличение их объёмных за­рядов. Поскольку объёмные заряды неподвижны и связаны с ионами доно­ров и акцепторов, увеличение объём­ного заряда может быть обусловлено только расширением его области и, следовательно, уменьшением элект­рич. ёмкости Э.-д. п. При прямом смещении к ёмкости слоя объёмного заряда (наз. также зарядной ёмкостью) добавляется т. н. диффузионная ёмкость, обус­ловленная тем, что увеличение напря­жения на Э.-д. п. приводит к увели­чению концентрации основных и не­основных носителей, т. е. к изменению заряда. Зависимость ёмкости от при­ложенного напряжения позволяет ис­пользовать Э.-д. п. в качестве пара­метрич. диода (варактора) прибора, ёмкостью к-рого можно уп­равлять, меняя напряжение смещения.

Помимо использования нелинейных свойств вольтамперной хар-ки и за­висимости ёмкости от напряжения, Э.-д. п. находит многообразные при­менения, основанные на зависимости контактной разности потенциалов и тока насыщения от концентрации неос­новных носителей. Их концентрация существенно изменяется при разл. внеш. воздействиях — тепловых, меха­нических, оптических и др. На этом основаны разл. рода датчики [темп-ры, давления, света, ионизирующих из­лучений (см. Полупроводниковый де­тектор) и т. д.]. Э.-д. п. использу­ется также для преобразования све-

882


товой энергии в электрическую (сол­нечные батареи).

Э.-д. п.— основа разного рода полу­проводниковых приборов (транзисторов, тиристоров и т. д.). Инжекция и по­следующая рекомбинация неосновных носителей в Э.-д. п. используются в светодиодах и инжекционных лазерах.

Э.-д. п. может быть создан разл. путями: 1) в объёме одного и того же ПП материала, легированного в одной части донорной примесью (р-область), а в другой — акцепторной (n-область); 2) на границе двух разл. ПП разными типами проводимости (см. Гетеропе­реход). Если Э.-д. п. получают вплавлением примесей в монокрист. по­лупроводник (напр., акцепторной при­меси в кристалл с проводимостью n-типа), то переход от n- к р-области происходит скачком (резкий Э.-д. п.). Если используется диффузия приме­сей, то образуется плавный Э.-д. п. Плавные Э.-д. п. можно получать при выращивании монокристалла из рас­плава, в к-ром постепенно изменяют содержание и характер примесей. По­лучил распространение метод ионного внедрения примесных атомов, позво­ляющий создавать Э.-д. п. заданного профиля.

• См. лит. при ст. Полупроводники.

Э. М. Эпштейн.