. Шум горячих электронов

Электронный газ в полупроводнике, подвергнутому действию сильного электрического поля, является неравновесным, поскольку средняя энергия движения электронов увеличивается и становится больше их равновесной, равной 3/2×kT0, т.е. происходит разогрев электронов, которые называют в этом случае горячими. Сильным электрическим полем принято считать поле, в котором ток через однородный образец полупроводника начинает нелинейно зависеть от напряженности электрического поля, т.е. нарушается закон Ома.

Физическим механизмом возникновения нелинейности вольт-амперной характеристики в полупроводнике является нелинейная зависимость подвижности (дрейфовой скорости) электронов от напряженности электрического поля. В неравновесных условиях соотношение Эйнштейна не выполняется и нарушается формула Найквиста. При этом в полупроводниках проявляются эффекты горячих электронов. Распределение скоростей горячих электронов отличается от максвелловского распределения.

В неравновесной плазме полупроводника помимо теплового шума возникает добавочный шум, связанный со случайным характером обмена энергией между горячими электронами и решеткой и с флуктуациями поглощаемой мощности от внешнего источника (т.е. добавочный шум возникает из-за флуктуаций средней энергии электронов). Этот вид шума называют диффузионным шумом, и он является более общим видом электрического шума, чем тепловой. Флуктуации обеспечивают механизм рассеяния энергии, а тепловой шум в физической системе есть та часть флуктуаций, которая обусловлена наличием в ней только тепловой энергии.

Если выполняется соотношение Эйнштейна (3.19), то диффузионный шум сводится к тепловому шуму. Физический механизм возникновения диффузионного шума связан с зависимостью подвижности электронов от их скорости (средней энергии). При этом экспериментально установлена связь между нелинейностью ВАХ образца и мощностью диффузионного шума.

Для описания шумов горячих электронов в неравновесных полупроводниках вводится понятие эквивалентной шумовой температуры Тn, которая определяется из следующих соотношений:

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector