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 направлению 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 vДC 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.