Содержание к диссертации
Введение
1. Концентрационные эффекты и винтовая неустойчивость в полупроводниках с бипо лярной электроводностью
1.1. Особенности прохождения электрического тока через ограниченный полупроводник с биполярной анизотропной электропроводностью II
1.2. Концентрационный эффект в анизотропно деформированных полупроводниках кубической сингонии 17
1.3. Магнитоконцентрационные эффекты в полупроводниках 29
1.4. Винтовая неустойчивость в электронно-дырочной плазме 33
1.5. Заключение 40
2. Четный магнитоконцентрационный эффект в шогодолинных полупроводниках 42
2.1. Теория эффекта 43
2.2. Экспериментальное обнаружение эффекта. Сравнение с теорией 47
2.2.1. Приготовление образцов и методика эксперимента 47
2.2.2. Обсуждение полученных результатов 49
3. Влияние многодолинного эффекта на винтовую неустойчивость 54
3.1. Влияние ММКЭ на срыв осциллисторных колебаний в Ge 54
3.I.I. Приготовление образцов и методика эксперимента 54
3.1.2. Экспериментальные результаты и их обсуж дение 55
3.2. Влияние МШЭ на другие характеристики осциллистора в Ge 66
4. Ориентационная зависимость характеристик винтовой неустойчивости в условиях одно осной деформации 72
4.1. Постановка задачи 72
4.2. Экспериментальные результаты и их обсуждение 74
4.3. Использование осциллисторного эффекта в датчике пороговых деформаций 82
5. Разогревши концентрационный эффект и его влияние на некоторые характеристики винтовой неустойчивости в многодолинных полупроводниках 85
5.1. Постановка задачи и методика эксперимента.85
5.2. Результаты исследования вольт-амперных характеристик и их обсуждение 87
5.2.1. Длинный германиевый диод 88
5.2.2. Образец германия со слабоинжектирующими контактами 94
5.3. Влияние РКЭ на срыв винтовой неустойчи вости 99
Приложение 102
Преобразователь перемещения на основе магнито-концентрационного эффекта 102
Общие выводы 108
Литература
- Концентрационный эффект в анизотропно деформированных полупроводниках кубической сингонии
- Приготовление образцов и методика эксперимента
- Экспериментальные результаты и их обсуж дение
- Использование осциллисторного эффекта в датчике пороговых деформаций
Введение к работе
Со времени открытия транзисторного эффекта (1948 г.) изучение свойств электронно-дырочной плазмы в твердом теле традиционно является одним из основных направлений в физике и технике полупроводников. Среди разнообразных явлений, связанных с коллективными свойствами свободных электронов и дырок, биполярные диффузия и дрейф занимают особо выдающееся место, поскольку именно эти явления лежат в основе работы большинства полупроводниковых электронных приборов.
В подавляющем большинстве случаев, исследование явлений биполярного переноса в полупроводниках кубической сингонии обычно проводилось (и проводится) в приближении классической изотропии основных кинетических параметров (подвижностей и коэффициентов диффузии носителей тока), то есть без учета реальной зонной структуры конкретных полупроводников. Однако в рамках такого приближения невозможно понять и, тем более, разумно использовать некоторые важные особенности свойств электронно-дырочной плазмы, которые могут наблюдаться прежде всего в таких технически важных материалах, как германий и кремний. Эти особенности являются, в основном, следствием анизотропии макроскопической электропроводности, возникающей в указанных полупроводниках при приложении к ним .различных направленных возмущений, таких, например, как скрещенные электрическое и магнитное поля, упругие деформации, греющее электрическое поле и т.д. Поэтому исследование свойств электронно-дырочной плазмы при возникновении анизотропной проводимости в кристаллах кубической симметрии представляется важным и актуальным.
К началу выполнения данной работы основные эффекты (прежде всего - концентрационные), связанные с особенностями бипо-
лярных диффузии и дрейфа в ограниченных анизотропных полупроводниках, были хорошо известны (см., например, [I-3J ). Достаточно подробно были они изучены и в кубических кристаллах, помещенных в скрещенные электрическое и магнитное поля, а также подвергнутых упругой анизотропной деформации [і,2 J . Однако, эти эффекты практически совсем не изучались при других, отличных от указанных выше, способах создания искусственной анизотропии проводимости, и тем более никогда не анализировалось их влияние на плазменные явления в полупроводниках кубической симметрии. Исходя из этого и определялись цель и основные задачи диссертационной работы.
Прежде всего, предстояло исследовать анизотропные концентрационные эффекты (АКЭ) в многодолинных полупроводниках типа St и Ge в условиях, когда анизотропия электропроводности вызвана: а) различным влиянием магнитного поля на парциальные токи электронов из различных долин при приложении к кристаллу внешних электрического и магнитного полей; б) различным разогревом электронов разных долин внешним электрическим полем. В первом случае, АКЭ ранее совсем не изучался, а во втором - лишь однажды была предпринята попытка его экспериментального обнаружения [4] .
Затем предполагалось изучить влияние указанных АКЭ на винтовую неустойчивость электронно-дырочной плазмы, возникающую при помещении полупроводника в продольные электрическое и магнитное поля. Конечная цель этой части работы состояла в том, чтобы выяснить ранее неизвестную природу ориентационной зависимости явления винтовой неустойчивости в бе и St .
Кроме того, с целью поиска новых принципов полупроводни-
ковой тензометрии планировалось изучение влияния на характеристики винтовой неустойчивости АКЭ, возникающего при одноосной деформации кристаллов Ge . Экспериментальное решение этих и некоторых других задач выполнено на образцах монокристаллического германия. Научная новизна настоящей работы состоит в следующем:
Обнаружен и подробно исследован четный по магнитному полю магнитоконцентрационный эффект в многодолинных полупроводниках (ММКЭ). Эффект связан с различным замагничиванием электронов в разных долинах и сильно зависит от кристаллографической ориентации образцов.
При Т = 7? К исследован разогревный концентрационный эффект (РКЭ) в образцах бе со слабо- и сильно-инжектирующими контактами.
В образцах со слабоинжектирующими контактами при 77 в условиях хорошо развитого РКЭ обнаружена токовая неустойчивость.
Показано, что ориентационная зависимость характеристик винтовой неустойчивости в Ge. обусловлена влиянием ММКЭ в области негреющих электрических полей, а области греющих - ММКЭ, РКЭ и эффектом изменения скорости сноса винтовых возмущений, вызванным разогревом носителей.
Изучено влияние деформационного концентрационного эффекта (ДКЭ), возникающего при одноосной деформации образцов на характеристики винтовой неустойчивости и показано, что это влияние в первом приближении аналогично влиянию обычного МКЭ, возникающего при рассогласовании (перекосе) внешних электрического и магнитного полей.
Все перечисленные выше результаты (за исключением;эффекта изменения скорости сноса винтовых возмущений при разогреве носителей электрическим полем и одноосной деформации) получены впервые и выносятся на защиту.
Практическая ценность работы заключается в том, что;
а) на основе исследований влияния ДКЭ на срыв осциллис-
торных колебаний показана принципиальная возможность создания
высокочувствительного порогового датчика давлений, управляе
мого магнитным полем;
б) показано, что ЩКЭ может быть использован для исследо
вания зонной структуры полупроводников, подобно эффекту обыч
ного магнитосопротивления. В отличие от последнего, ММКЭ обла
дает более высокой чувствительностью;
в) в многодолинных полупроводниках типа Єє и St най
ден новый механизм генерации колебаний средних и высоких частот;
г) на основе магнитоконцентрационного эффекта создан ма
кет высокочувствительного датчика перемещений.
Основные результаты работы докладывались на Республиканской студенческой конференции (г. Одесса, 1982г.), У Всесоюзном симпозиуме "Плазма и неустойчивости в полупроводниках" (г.Вильнюс, 1983г.), конференциях молодых ученых Московского р-на г.Киева (1983-1985гг.), ежегодных научных собраниях ИП АН УССР (г.Киев, 1982-1983гг.), семинарах сектора полупроводниковой фотоэлектроники ИП АН УССР. .
Диссертация состоит из Введения, пяти глав, Приложения, Общих выводов и списка цитируемой литературы.
В первой главе, являющейся обзорной, рассмотрены известные АКЭ и основные, работы по. исследованию винтовой неустойчивости в полупроводниках; акцентируется внимание на исследовании
осцилисторного эффекта в многодолинных полупроводниках. Постановка задачи настоящей диссертации приведена в заключении первой главы. Во второй главе рассмотрен четный многодолинный магнитоконцентрационный эффект. Влияние ММКЭ и ДКЭ на характеристики винтовой неустойчивости рассмотрено в третьей и четвертой главах диссертации. Пятая глава посвящена исследованию разогревного концентрационного эффекта и его влияния на осциллисторные колебания. В приложение вынесен позиционно-чувстви-тельных датчик перемещений на основе магнитоконцентрационного эффекта. Общий объем работы 122 страницы,список литературы 104 наименования, количество рисунков 27 , одна таблица. По материалам диссертации опубликованы следующие работы:
Бойко И.И., Цуянов А.В., Жадько И.П., Романов В.А., Сердега Б.К. Четный магнитоконцентрационный эффект в многодолинных полупроводниках. - ФТП, 1983, т.17, № 6, стр. 1049-1053.
Бойко И.И., Цуянов А.В., Жадько И.П., Романов В.А., Сердега Б.К. Четный магнитоконцентрационный эффект в многодолинных полупроводниках. - Тезисы докладов У симпозиума "Плазма и неустойчивости в полупроводниках", Вильнюс, 1983, стр. 30-31.
Бойко И.И., Баянов А.В., Жадько И.П., Романов В.А., Сердега Б.К. Анизотропия осциллисторного эффекта в многодолинных кубических полупроводниках. - Тезисы докладов У симпозиума "Плазма и неустойчивости в полупроводниках", Вильнюс, стр. 32.
Бойко И.И., Цуянов А.В., Жадько И.П., Романов В.А., Сердега Б.К. Четный магнитоконцентрационный эффект в многодолинных полупроводниках и его влияние на осциллисторные колебания. - ФТП, 1984, т.18, № 2, стр. 300-304.
Бойко И.И., Буяжт А.В., Жадько И.П., Михайленко И.В.,
Романов В.А., Сердега Б.К. Анизотропия осциллисторного эффекта в многодолинных полупроводниках кубической симметрии. - УФЖ, 1984, т.29, № 8, стр. 1230-1236.
Буянов А.В., Жадько И.П., Романов В.А., Сердега Б.К. Анизотропия основных характеристик осциллистора в германии. -УФЖ, 1984, т.29, № 12, стр. 1843-1847.
Баянов А.В., Михайленко И.В. Преобразователь перемещений на основе магнитоконцентрационного эффекта. - Приборы и системы управления, 1985, № 3, стр. 27-29 .
Научные работы по теме диссертации опубликованы в соавторстве. Личный вклад автора состоит в следующем: им созданы экспериментальные установки для решения поставленных в диссертации задач, все экспериментальные результаты получены автором лично, он в равной степени с соавторами участвовал в постановке конкретных задач, интерпретации и обсуждении результатов. Материал, вынесенный в приложение диссертации, получен и интерпретирован, в значительной степени, автором лично.
Диссертационная работа выполнена в отделе анизотропных полупроводников Института полупроводников АН УССР в І98І-І984 гг.
-I0-
Концентрационный эффект в анизотропно деформированных полупроводниках кубической сингонии
В полупроводниках кубической симметрии макроскопическая анизотропия носителей тока может быть вызвана упругой деформацией. В этом случае анизотропия проводимости, как правило, связана со снятием вырождения сложной зонной структуры полупроводника [10-16J . Наглядно это можно проиллюстрировать на примере кремния, в котором изоэнергетические поверхности для электронов в пространстве импульсов представляют собой эллипсоиды вращения (долины) расположенные вдоль трех ортогональных осей, как это показано на рис.1.2. В недеформированном кристалле долины вырождены по энергии, концентрация электронов в каждой из них одинакова, так что суммарная электронная проводимость кристалла изотропна из-за высокой симметрии расположения долин.
Если же кристалл растягивать вдоль оси X с усилием Рх (X,), то расположенные по разным осям долины находятся в различных условиях по отношению к деформации: в направлении х кристалл растягивается, а і Ц и І - направлениях сжимается. Это приводит к повышению уровня энергетических поверхностей івдоль направления растяжения и его снижению в двух других (нормальных к указанному) направлениях. В результате эквипотенциальная поверхность принимает вид, показанный пунктирными кривыми на рис.1.2. Такое изменение в энергетическим спектре электронов приводит к их переходу из долин I и 2 в долины З-б и электропроводность полупроводника становится анизотропной. Как легко видеть, макроскопическая проводимость электронов максимальна в направлении растяжения (ось х ) и минимальна в перпендикулярной к х - направлению у Н - плоскости. Очевидно, что проводимость электронов будет оставаться изотропной при одноосных деформациях вдоль осей \Ш/ поскольку в этом случае все долины находятся в одинаковых условиях по отношению к деформации и энергетическое вырождение многодолинного спектра не снимается. При произвольных направлениях одноосной деформации, отличных от (100/ и \111/ , анизотропия проводимости также возникает, причем направления главных значений тензоров проводимости в этих случаях не совпадают с направлением деформации. Последнее чрезвычайно важно, поскольку (как будет видно из дальнейшего) позволяет простейшим способом исследовать анизотропные эффекты в упруго деформированных кубических полупроводниках.
Возникновение анизотропии дырочной проводимости при упругих деформациях кубических полупроводников с вырожденными ва лентными зонами также связано со снятием вырождения в точке экстремума l4-I6J. В этом случае величина эффекта также зави . сит от кристаллографической ориентации деформируемого кристалла. Так, например, в р - Si и р - Ge. наибольшая анизотропия проводимости достигается при одноосной деформации вдоль направлений \1И/ » а при деформации вдоль оси 100 ) она не возникает.
Рассмотренный пьезорезистивный эффект (эффект изменения электрического сопротивления полупроводника под действием механического напряжения) описывается тензором 4-го ранга, причем в кубических кристаллах только три компоненты этого тензора (Пн П w ПцЦ ) являются независимыми [l0,17,18J . Для направлений, совпадающих с главными кристаллографическими осями \Ю0/ , константы П« и П равны отношениям изменения сопротивления ( /f ) к напряжениям г вызывающим растяжение в направлении тока и перпендикулярно ему; Пцц определяется сдвиговым напряжением в плоскости главных кристаллографических осей.
Полином, заключенный во второй скобке правой части (1.10) имеет экстремальные значения * 0,281 и * 0,25 19 положительные значения которых достигаются при ориентациях, показанных на рис.1.3а и 1.36 соответственно. Используя значение ''die, найденное в [ 10J при комнатной температуре, с помощью (і.Ю) для оптимальных ориентации находим:
Приготовление образцов и методика эксперимента
1. Эксперименты проводились при Т = 300 К на образцах дырочного германия, в котором остаточная концентрация активных примесей І ІО см" ) была заметно ниже собствен то з ной концентрации свободных носителей (/V с 2,4 10 см ), так что проводимость кристалла в целом была близка к собственной. Длина диффузионного смещения носителей L = 2,1мм, а макроскопические подвижности электронов Ufj и дырок Up равны 3800 см /В с и 1800 см /В С, соответственно. Линейные размеры образцов (мм): с = 10, г = б, Е„ = 2-5-0,5. Скорость поверхност ной рекомбинации на гранях пластин варьировались в широких пределах; при этом наименьшее ее значение ( 10 см/сек) достигалось травлением образцов в кипящей перекиси водорода, а наибольшее ( 10 см/сек) механической полировкой граней.
По отношению к углу вырезки \g , исследуемые образцы составляли три группы: для образцов 1-й группы tg а % ; для 2-й и 3-й групп - " и % , соответственно (см. рис,2.1).
2. При помощи импульсной методики (во избежание джоулева разогрева) исследовались ВАХ пластинок германия во внешних магнитных полях вида (2.і) и(2.2) .
Образцы питались проямоугольными импульсами напряжения амплитудой до 140 В, длительностью (0,2 -г 1,0)»10 сек и частотой (Ю 25)Гц. Для формирования этих импульсов использовался мощный эмиттерный повторитель, собранный на составном транзисторе, с внешним запуском. Эта простая стандартная методика ис-следования ВАХ полностью удовлетворяла случаю Н вида (2,2) .
В условиях Н вида (2.i) , применимость этой методики была затруднена из-за сильного побочного эффекта, - винтовой неустойчивости. Поэтому, исследование ВАХ проводилось при малых значениях и Н , когда осциллистор еще не возбуждался, с помощью чувствительной компенсационной методики, использующей вычитающий каскад.
На два входа вычитающего каскада подаются: исследуемый сигнал и сигнал-эквивалент. Форма импульса сигнала-эквивалента подбирается таким образом, чтобы она была максимально подобна форме исследуемого сигнала. В отсутствие магнитного поля (Нх = 0), на выходе вычитающего каскада баллансным. потенциометром устанавливается "о" выходного сигнала. Когда же Нх фо , уже не равный нулю, усиленный в 20 раз выходной сигнал, показывает отклонение ВАХ от линейности (в отсутствии магнитного поля ВАХ омическая), обусловленное наличием ММКЭ.
При исследовании ВАХ образцов, ориентированных согласно рис.2.I, концентрационный эффект обнаружен для обеих (отвечающих (2.і) И 2.2) ) ориентации магнитного поля. В соответствии с теорией эффект оказался четным; этот вывод подтверждается независимостью ВАХ от перемены направления магнитного поля на противоположное. Зависимость эффекта от кристаллографической ориентации образцов также согласуется с расчетом: при прочих равных условиях эффект достигал максимального значения при угле вырезки Ф равном 2230 (1-я группа образцов), и практически не наблюдался, когда этот угол был равен 45 и 90 (2-я и 3-я группы образцов).
При экспериментальном исследовании эффекта возникают определенные трудности, связанные с некоторыми, неучтенными теорией, особенностями электронно-дырочной плазмы. Поскольку эти особенности по-разному проявляются в продольных и поперечных магнитных полях, то следует отдельно рассмотреть каждый из этих случаев.
На рис.2.2 показаны ВАХ одного из образцов с асимметричной обработкой широких х2 - граней при трех значениях продольного магнитного поля Я . В полном соответствии со свойствами маг-нитоконцентрационного эффекта ВАХ, как правило , сублинейны при одном знаке поля Ех и сверхлинейны при другом. При отрицательных Ек поперечный поток пар направлен к грани с высокой скоростью поверхностной рекомбинации и полное количество носителей в образце становится меньше,, равновесного; при положительных Ех поперечный поток направлен в противоположную сторону, к грани с малым , и количество носителей становится выше равновесного значения.
При продольном направлении магнитного поля кроме исследуемого возникает также и осциллисторный эффект [72-74 J , и поэтому в данном случае не удается провести количественное сравнение теории и эксперимента в широком интервале полей. На рис.2.2 диапазон измерений ограничен полями, при которых возникают интенсивные осциллисторные колебания тока в образце.
Наблюдение четного магнитоконцентрационного эффекта в поперечном магнитном поле вида (2.2) осложняется возникновением нечетного концентрационного эффекта в 2 - направлении. От него, однако, удается практически полностью избавиться, сделав с помощью механической полировки максимально большими значения скоростей поверхностной рекомбинации на узких ху -гранях образца (на рис.2.2 и рис.2.3 грани с большими условно обозначены штриховкой).
На рис.2.3 приведены результаты исследования ВАХ образца с асимметричной обработкой широких хг - граней при трех значениях поперечного магнитного поля Ну . Здесь точками представлен эксперимент, а сплошные кривые - теоретические зависимости, выполненные для бесконечной пластинки с учетом доли примесной проводимости. Видно удовлетворительное количественное совпадение теории и эксперимента для запорных ветвей характеристик и лишь качественное согласие для проходных. В последнем случае такое расхождение характерно, вообще говоря, для всех типов магнитоконцентрационного эффекта и объясняется рядом причин, таких как изменения скорости поверхностной рекомбинации и времени жизни пар в условиях обогащения образца носителями.
Экспериментальные результаты и их обсуж дение
Эксперименты проводились при комнатной температуре на образцах п- (те с остаточной концентрацией примесей Ж -/ -10 см . Образцы имели форму прямоугольных брусков Срис.3.1а) с линейными размерами: Рх = 13, Ру = г = 1,5мм. Слабо инжектирующие токовые контакты на торцевыхJ2 - гранях создавались оловянным припоем с примесью индия, а потенциальные зонды а і и С d на боковых поверхностях наносились примерно посредине длины образца. Приготовленные образцы травились в И2 0% ; при этом скорость поверхностной рекомбинации на всех боковых гранях была одинаковой и близкой к 300 см/с.
Ориентация образцов относительно главных кристаллографических направлений приведена на рис.2.1, где условно показаны проэкции двух пар эллипсоидальных долин 1(2) и 3(4) на плоскость XJJ .
Образцы питались одиночными прямоугольными импульсами амплитудой до 60 В и длительностью imc и помещались между полюсами электромагнита на площадке специального держателя, который мог поворачиваться вокруг оси, нормальной к направлению магнитного поля. Угол поворота фиксировался специальной оптической системой (рис.ЗДб)позволяющей с точностью не хуже 005 проводить измерения в диапазоне углов -/3 Принцип действия этой системы основан на повороте закрепленного на вращающемся держателе зеркала, отклоняющего лазерный луч на требуемый угол. Расстояние между зеркалом и измерительной шкалой / I метр/ обеспечивает разрешение с требуемой точностью. Такая конструкция держателя позволяла изучать срыв токовых и осциллисторных колебаний на зондах, а также амплитудные и частотные характеристики в зависимости от угла рассогласования между направлениями тока и магнитного поля в плоскостях Х(несущая площадка параллельна XZ - грани образца; угол Q ) и ху( несущая площадка параллельна XLJ- грани; угол d ).
Экспериментальные результаты и их обсуждение.
Исследованные нами образцы делились на три группы по отношению к величине угла вырезки Ф (рис.2.1). Для 1-й группы if = 22ЗоЛ для 2-й и 3-й - Ф = 45 и 90 соответственно. Результаты, полученные для образцов 1-й группы, где возникает - 56 Рис.3.I К методике исследования осциллисторного эффекта в зависимости от угла рассогласования между направлениями тока и магнитного поля в плоскостях хг ( угол В ) лхц ( угол Ы. ). а) Форма образцов. б) Оптическая система регистрации угла поворота. I. Лазер ЛГ - 78. 2. Зеркало. 3.Измерительная шка ла. 4. Вращающийся держатель. 5. Исследуемый обра зец. 6. Концентраторы электромагнита. - 57 ШКЭ, существенно отличаются от результатов, полученных для образцов 2-й и 3-й групп, где ШКЭ отсутствует. Так, например, срыв колебаний для образцов 2-й и 3-й групп происходит при - » — углах рассогласования между Н и / , симметричных относительно положений 6 = О или о( 0 (т.е. не зависит ОТ Н% или Ну ). Для образцов 1-й группы характерна резкая асимметрия углов рассогласования, при которых происходит срыв. Рассмотрим случай, когда магнитное поле лежит в XZ плоскости образца(о( = 0, /#/ Оу . На рис. 3.2. приведены зависимости амплитуды колебаний разности потенциалов на боковых зондах (а) и тока (б) в образце 1-й группы от угла Q .
Зависимости сняты при электрическом поле в образце Е =40 В/см и IИ/ - 9кЭ, причем сплошные кривые относятся к случаю положительных //. , а штриховые - к отрицательным. Видно, что при Их 0срыв колебаний происходит при углах поворота образца $.-40иф.+ 12; при Нх О срыв наблюдается при &- 12 и & - + 4. В дальнейшем мы будем называть нейтральным такое положение образца, отклонение от которого в противоположные стороны приводит к симметричному срыву осциллисторных колебаний; нейтральному положению отвечает угол &0 . для образцов 2-й и 3-й групп всегда &0 « о. В образцах 1-й группы 0о Ф О и его знак зависит от знака Иж ; в соответствии с этим вводятся величины Ос и 0о которые для случая, приведенного на рис.3.2 близки к +4 и -4 соответственно.
Использование осциллисторного эффекта в датчике пороговых деформаций
Поскольку мы полагаем, что механизмы влияния КЭ на харак-теристики осциллистора при деформации и рассогласовании Є и Н формально эквивалентны между собой, то срыв колебаний должен, очевидно, проявляться при одних и тех же значениях параметров (хСн.Окр) и о.(Их , Рхк/ ) С этой целью, на образцах 1-й группы, при тех же значениях Е- и И - полей, что и зависимости I и 2 на рис.4.1, измерялась зависимость амплитуды колебаний потенциала Д от угла рассогласования S , представленная на рис.4.2 (сплошные кривые соответствуют Н 0 , а штриховые Н о ).
Для количественных оценок воспользуемся формулами(і.9), (З.і) и (4.і), используя экспериментальные значения Рхм , при которых наблюдается срыв колебаний. Найденные таким способом значения 0.(Н &кр) и 0-(нЖ)РЖІІр) хорошо согласуются между собой только при Н 6 к Э ; при более высоких Н наблюдается довольно существенное расхождение. Последнее представляется естественным, так как с ростом Н и R возрастает роль нелинейных эффектов и нарушается правомерность применения формул (1.9) , (З.і) и (4.1) . По кривым I и 2 рис.4.1 и 4.2 в частности, найдено а(Н, 0крі)= а(нх Рх /» ) = -2 10 при Н =4кЭ, а(н 0Нрг) = -4,7.1(Г2 и а(нх РХІІрг) =-1,4 ІСГ2 при Н = 8кЭ.
При анализе частотных и пороговых характеристик винтовой неустойчивости в условиях одноосной деформации образцов следует исходить из того, что ориентационная анизотропия основных характеристик эффекта в этом случае может быть обусловлена не только влиянием ММКЭ и ДКЭ, но и изменением скорости биполярного сноса винтовых возмущений 83-87 J . При этом первые два эффекта (ММКЭ и ДКЭ), вызывающие изменение характеристик осциллистора, могут наблюдаться только в образцах 1-й группы, а последний в образцах 3-й и 1-й групп.
На рис.4.3 приведены экспериментальные зависимости нормированной частоты осциллистора от величины одноосного сжатия Рх . Как и следовало ожидать, зависимости 2 и 3, полученные на образцах 2-й и 3-й групп соответственно, хорошо согласуются с результатами работ [83-87JH поэтому на их обсуждении останавливаться не будем.
Сложный характер зависимости частоты колебаний от величины деформации в образцах 1-й группы (кривые I и V ) можно объяснить, если учесть, с одной стороны совместное влияние ММКЭ и ДКЭ, а с другой, - то обстоятельство, что влияние этих эффектов на характеристики неустойчивости в первом приближении эквивалентно влиянию обычного МКЭ. Влияние последнего на частоту колебаний известно: она растет с ростом угла рассогласования О (см., например [79,80J ).
Учитывая это, а также принимая во внимание и то, что поперечные потоки пар носителей, определяющие ММКЭ и ДКЭ противонаправлены, уменьшение частоты осциллистора с ростом Р . в области малых деформаций следует связать с падением величины суммарного КЭ. При дальнейшем росте деформации суммарный КЭ исче - 79
Зависимости приведенных частот осциллистора ( нормированы к случаю Рк = 0 ) от величины одноосного сжатия для образцов 1-й ( I и I ), 2-й ( 2 ) и 3-й ( 3 ) групп. Зависимости получены: В/см. Ъ о І. Н = 5 кЭ, ЕРз I. Н = 8 кЭ, ЕРк;0 = 26 В/см. 2 и 3. Н = 8 кЭ, ЕКа0 = 19 В/см. - 80 зает (ДКЭ компенсирует ММКЭ) и частота колебаний становится минимальной. Доследующее увеличение деформации изменяет знак суммарного поперечного потока (ДКЭ преобладает над ММКЭ) и его величина растет с увеличением Рх , что в конечном итоге приводит к повышению частоты осциллистора. Поскольку, при прочих равных условиях, ММКЭ определяется значением Н , а ДКЭ величиной Р , то с уменьшением Н величина Рох » при которой исчезает суммарный КЭ, также должна уменьшаться. Этот вывод согласуется с последовательностью расположения минимумов на кривых I и I относительно оси деформации (рис.4.3).
Деформационные характеристики порога возбуждения осциллистора приведены на рис.4.4. Зависимости нормированных величин минимальных электрических полей ( Р/Е 0 ), при которых возбуждается неустойчивость в случае Н = const для образцов 2-й и 3-й групп (кривые 2 и 3, соответственно) согласуются с результатами [83-87] и объясняются ориентационной анизотропией скорости биполярного сноса плазменных возмущений в условиях одноосной деформации.
Как и в случае анализа частотных характеристик, экспериментальные зависимости порога возбуждения осциллистора в образцах 1-й группы (кривые I иI, рис.4.4) можно объяснить только с учетом влияния возникающих здесь ММКЭ и ДКЭ. В данном случае, как уже отмечалось, величина суммарного поперечного потока с ростом деформации сначало падает, становится равной нулю и затем возрастает; при этом диапазон начального участка спада, равно как и исходная величина суммарного потока (равная ММКЭ), сильно уменьшаются с уменьшением И .
