Развитие твердотельной электроники связано с микроминиатюризацией полупроводниковых структур. При их работе полупроводниковый материал подвергается всё более интенсивным воздействиям физических полей. В частности, возрастают плотности потоков энергии, которые приводят к генерированию тепловых потоков больших мощностей и к возникновению больших градиентов температуры.

В книге рассмотрены кинетические явления в полупроводниках при больших градиентах температуры. Изучены механизмы влияния больших градиентов температуры на кинетические явления. Разработаны теоретические методы исследования кинетических явлений при резкой температурной неоднородности в однородных и макроскопически неоднородных структурах. Выявлены и исследованы новые нелинейные и нелокальные кинетические эффекты в условиях больших градиентов температуры. Предложены приборы, использующие такие эффекты.

Монография предназначена для научных работников и аспирантов, работающих в области физики полупроводников, физики твёрдого тела и физики преобразования энергии, а также для студентов соответствующих специальностей. Книга будет интересна и специалистам, исследующим свойства материалов при интенсивных потоках энергии.

Хорошо известно, что полупроводники очень чувствительны к изменению температурных условий, поэтому неоднородные тепловые поля тем более должны сильно влиять на свойства полупроводников.

В последние десятилетия появились многочисленные экспериментальные возможности для создания в различных материалах достаточно резких пространственных неоднородностей температур. Так, значения градиентов температуры вплоть до 10¹⁰ К/см возникают при лазерном воздействии на полупроводники, механической и электронно-лучевой обработке материалов, сварке и т.д. Больших градиентов электронной температуры можно достичь при соответствующем разогреве газа носителей заряда полупроводника СВЧ-полем и другими методами. Всё это делает актуальным исследование свойств полупроводников под воздействием больших градиентов температуры.

Изучение кинетических явлений в резких температурных полях представляет интерес и с точки зрения физики полупроводников. Действительно, в последние десятилетия достигнуты значительные успехи в исследовании свойств материалов в экстремальных условиях. Так, изучение явлений переноса в полупроводниках в сильных электрических полях позволило не только установить новые закономерности и открыть ряд новых явлений, но и изыскать мощные методы исследования зонной структуры и других свойств полупроводниковых материалов. Градиент температуры, подобно электрическому полю, представляет собой обобщённую силу, вызывающую транспортные явления. Таким образом, изучение кинетических явлений в твёрдых телах при больших градиентах температуры представляет собой одно из естественных направлений развития физики твёрдого тела, которое должно привести к выявлению новых эффектов и закономерностей.

С другой стороны, совокупность явлений переноса в полупроводниках в условиях температурных градиентов представляет собой предмет термоэлектричества. Данный раздел физики полупроводников в настоящее время переживает период своеобразного ренессанса. Это связано, с одной стороны, с появлением новых классов высокоэффективных материалов для термоэлектрических преобразователей энергии, таких как квантовые сверхрешётки, скуттерудиты, функционально-градиентные полупроводники. С другой стороны, в связи с резко возросшими требованиями к экологической безопасности энергетических и электронных устройств и систем, термоэлектрические преобразователи энергии всё более привлекают внимание разработчиков как устройства, полностью отвечающие требованиям экологической чистоты.

Естественный процесс микроминиатюризации термоэлектрических преобразователей энергии предполагает создание в полупроводниковых материалах достаточно больших градиентов температуры, т. е. опять возникает задача исследования транспортных явлений в полупроводниках в экстремальных температурных условиях.

Несмотря на очевидную важность указанного направления, исследованиям явлений переноса в твёрдых телах в экстремальных температурных условиях до последнего времени было посвящено сравнительно небольшое число работ. Практически отсутствовала не только теория кинетических явлений в полупроводниках при больших градиентах температуры, но оставались невыясненными возможные механизмы влияния больших градиентов на кинетические явления.

В монографии обобщены результаты изучения данной проблемы авторами и другими исследователями по следующим направлениям: выяснение механизмов влияния градиента температуры на кинетические явления в твёрдых телах (гл. 1); изучение такого нового механизма, как разогрев газа носителей под влиянием градиента температуры (гл. 2, 3); разработка теоретических методов исследования этого разогрева в твёрдых телах с высокими и низкими концентрациями носителей тока (гл. 2, 3); выяснение характера влияния разогрева при больших градиентах температуры на явления переноса в однородных и макроскопически неоднородных твердотельных материалах (гл. 4); вычисление кинетических коэффициентов в указанных случаях, выявление и исследование новых эффектов, вызванных большими градиентами температуры (гл. 4); уточнение границ применимости традиционного подхода к вычислению энергетических параметров термоэлектрических преобразователей и вычисление этих параметров для микроминиатюрных приборов, когда обычные методы несправедливы (гл. 5)…

ВВЕДЕНИЕ

Книги на ту же тему

1. Оптические процессы в полупроводниках, Панков Ж., 1973
2. Квантовая теория явлений электронного переноса в кристаллических полупроводниках, Зырянов П. С., Клингер М. И., 1976
3. Электроны и фононы в ограниченных полупроводниках, Басс Ф. Г., Бочков В. С, Гуревич Ю. Г., 1984
4. Высокочастотные свойства полупроводников со сверхрешётками, Басс Ф. Г., Булгаков А. А., Тетервов А. П., 1989
5. Физика фононов, Рейсленд Д., 1975
6. Статистическое взаимодействие электронов и дефектов в полупроводниках, Винецкий В. Л., Холодарь Г. А., 1969
7. Нелинейные свойства твёрдых тел, 1972
8. Субмиллиметровая спектроскопия коллективных и связанных состояний носителей тока в полупроводниках, Мурзин В. Н., 1985
9. Физика полупроводниковых соединений элементов III и V групп, Маделунг О., 1967
10. Новые методы полупроводниковой СВЧ-электроники. Эффект Ганна и его применение, 1968
11. Сложные алмазоподобные полупроводники, Горюнова Н. А., 1968
12. Сверхпроводимость полупроводников и переходных металлов, Коэн М., Глэдстоун Г., Йенсен М., Шриффер Д., 1972
13. Полупроводниковые инжекционные лазеры. Динамика, модуляция, спектры, Тсанг У., ред., 1990
14. Горячие электроны и сильные электромагнитные волны в плазме полупроводников и газового разряда, Басс Ф. Г., Гуревич Ю. Г., 1975
15. Электронные процессы на поверхности полупроводников при хемосорбции, Волькенштейн Ф. Ф., 1987
16. Лекции по физике твёрдого тела: Принципы строения, реальная структура, фазовые превращения, Жданов Г. С., Хунджуа А. Г., 1988
17. Распад электронных возбуждений с образованием дефектов в твёрдых телах, Лущик Ч. Б., Лущик А. Ч., 1989
18. Электроны и фононы в металлах: Учебное пособие. — 2-е изд., перераб. и доп., Брандт Н. Б., Чудинов С. М., 1990
19. Квантовая теория твёрдых тел, Пайерлс Р., 1956
20. Неравновесная термодинамика и физическая кинетика, Базаров И. П., Геворкян Э. В., Николаев П. Н., 1989
21. Уравнение Аррениуса и неравновесная кинетика, Штиллер В., 2000
22. Кинетика и термодинамика быстрых частиц в твёрдых телах, Кашлев Ю. А., 2010
23. Высокочастотный нагрев диэлектриков и полупроводников, Мазнин А. Н., Нетушил А. В., Парини Е. П., 1950
24. Термоэлементы и термоэлектрические устройства: Справочник, Анатычук Л. И., 1979
25. Термодинамика фазовых переходов в сегнетоактивных твёрдых растворах, Ролов Б. Н., Юркевич В. Э., 1978
26. Некоторые вопросы кинетической теории газов, 1965
27. Методика изучения полупроводников в школе, Буров В. А., 1965