Книга учёного из ФРГ содержит систематическое изложение актуальных вопросов динамики нелинейных систем, неравновесных фазовых переходов и возникновение детерминированного хаоса в приложении к физике полупроводников. Сделана попытка связать физику полупроводников с теорией линейных механических систем, далёких от термодинамического равновесия. Рассматриваются токовые пространственно-временные неустойчивости и структуры, автоколебания, проводится сравнение теории с результатами экспериментальных исследований синергетических явлений в полупроводниках.

Для студентов, аспирантов и широкого круга физиков, интересующихся нелинейными явлениями в полупроводниках.

Полупроводниковый кристалл представляет собой сложную динамическую систему, в которой во многих случаях наблюдаются электрические неустойчивости, такие, как срыв тока, переключение между проводящим и непроводящим состояниями или спонтанные колебания тока или напряжения. Подобные явления возникают, когда под воздействием сильного внешнего электрического поля или освещения или при инжекции тока полупроводник переводится в состояние, далёкое от термодинамического равновесия. Физические механизмы, которые могут приводить к неустойчивостям, весьма разнообразны, но наблюдаемые явления — спонтанное образование пространственных и временных структур — часто схожи. Такие кооперативные процессы самоорганизации наблюдаются во множестве физических, химических и биологических «синергетических» систем, поддерживаемых в состоянии, далёком от термодинамического равновесия, за счёт постоянного обмена энергией или веществом. Эти неустойчивости имеют тесную аналогию с фазовыми переходами в системах, находящихся в тепловом равновесии, например в ферромагнетиках и реальных газах.

Самоорганизация и неравновесные фазовые переходы в полупроводниках вызывают в настоящее время значительный интерес по следующим двум причинам. Во-первых, эти явления лежат в основе работы ряда важных полупроводниковых приборов, используемых в современной микроэлектронике и полупроводниковой технике. Во-вторых, полупроводники представляют собой наиболее подходящие модельные системы для изучения сложной нелинейной динамики и самоорганизации, так как они открывают большие возможности для плодотворного взаимодействия теории и эксперимента. Это объясняется сравнительной лёгкостью прямого исследования многих эффектов посредством измерений тока и напряжения, позволяющих достигать хорошей воспроизводимости и высокого временного и пространственного разрешений, а также последними достижениями в технологии получения образцов с заданными свойствами («технология конструирования материалов»).

В этой книге мы сосредоточили своё внимание на таких неустойчивостях в полупроводниках, физический механизм которых основан на нелинейных процессах генерации и рекомбинации носителей заряда. Наша цель — дать систематическое теоретическое описание пространственных и временных структур, обусловленных простыми генерационно-рекомбинационными механизмами. Кроме того, предпринята попытка получить новые результаты за счёт последовательного включения в рассмотрение нелинейностей этих генерационно-рекомбинационных процессов и всех динамических степеней свободы свободных и захваченных носителей, а также за счёт привлечения и дальнейшего развития концепции неравновесных фазовых переходов. Там, где это возможно, будет проведено сравнение с экспериментом. Основное внимание будет уделено последним теоретическим и экспериментальным достижениям в этой пока ещё новой области; мы не имели намерения дать широкий обзор истории вопроса.

В этой работе мы хотим связать физику полупроводников с теорией нелинейных динамических систем, далёких от термодинамического равновесия. Поэтому она может быть полезна как для физиков, занимающихся применениями полупроводников, так и для теоретиков, поскольку она, с одной стороны, знакомит с новыми понятиями и воззрениями, необходимыми для понимания различных неустойчивостей в полупроводниках, и, с другой стороны, открывает новые применения теории синергетических систем. Материал расположен следующим образом. В гл.1 изложены основные физические принципы и некоторые сведения о неустойчивостях в полупроводниках и о неравновесных фазовых переходах. Гл. 2 содержит описание некоторых простых генерационно-рекомбинационных механизмов неравновесных фазовых переходов. Обсуждается их возможная роль в явлениях порогового переключения в кристаллических и аморфных полупроводниках, в нелинейной магнетофотопроводимости и в оптической бистабильности. В гл.3—6 исследованы пространственные и временные структуры, возникающие в результате первоначальной неустойчивости. Гл. 3 посвящена линейным модам, описывающим пространственные и временные неустойчивости. В гл.4 дан анализ развитых стационарных пространственных структур (токовых шнуров). Их стабильность и переходные процессы, такие, как спинодальный распад и зародышеобразование, обсуждаются в гл.5. В гл.6 рассматриваются временные и пространственно-временные структуры, в частности обсуждаются механизмы, приводящие к осцилляциям и хаосу, и с их использованием дано объяснение недавним экспериментам, в которых наблюдался переход к хаосу в полупроводниках в различных экспериментальных условиях…

ПРЕДИСЛОВИЕ
Э. Шёлль
Аахен, апрель 1987

Книги на ту же тему

1. Метод Монте-Карло в физике полупроводников, Реклайтис А. С., Мицкявичюс Р. В., 1988
2. Плазма и токовые неустойчивости в полупроводниках, Пожела Ю. К., 1977
3. Волны и взаимодействия в плазме твёрдого тела, Платцман Ф., Вольф П., 1975
4. Неравновесные приповерхностные процессы в полупроводниках и полупроводниковых приборах, Зуев В. А., Саченко А. В., Толпыго К. Б., 1977
5. Флуктуационные явления в полупроводниках, Ван-дер-Зил А., 1961
6. Теория экситонов, Нокс Р., 1966
7. Экситонные процессы в слоистых кристаллах, Бродин М. С., Блонский И. В., 1986
8. Фазовые переходы и критические явления, Стенли Г., 1973
9. Природа критического состояния, Фишер М., 1968
10. Математика диффузии в полупроводниках, Малкович Р. Ш., 1999
11. Квантовые процессы в полупроводниках, Ридли Б., 1986
12. Электронные процессы на поверхности полупроводников при хемосорбции, Волькенштейн Ф. Ф., 1987
13. Оптические свойства полупроводников в видимой и ультрафиолетовой областях спектра, Тауц Я., 1967
14. Оптические процессы в полупроводниках, Панков Ж., 1973
15. Физика полупроводниковых соединений элементов III и V групп, Маделунг О., 1967
16. Электроны и фононы в ограниченных полупроводниках, Басс Ф. Г., Бочков В. С, Гуревич Ю. Г., 1984
17. Статистическое взаимодействие электронов и дефектов в полупроводниках, Винецкий В. Л., Холодарь Г. А., 1969
18. Квантовая теория явлений электронного переноса в кристаллических полупроводниках, Зырянов П. С., Клингер М. И., 1976
19. Излучательная рекомбинация в полупроводниках: Сборник статей, Покровский Я. Е., ред., 1972
20. Точечные дефекты в полупроводниках. Теория, Ланно М., Бургуэн Ж., 1984
21. Электронная теория неупорядоченных полупроводников, Бонч-Бруевич В. Л., Звягин И. П., Кайпер Р., Миронов А. Г., Эндерлайн Р., Эссер Б., 1981
22. Полупроводниковые инжекционные лазеры. Динамика, модуляция, спектры, Тсанг У., ред., 1990
23. Высокочастотные свойства полупроводников со сверхрешётками, Басс Ф. Г., Булгаков А. А., Тетервов А. П., 1989
24. Новое в синергетике. Загадки мира неравновесных структур, 1996
25. Синергетика: Сборник статей, Рязанов А. И., Суханов А. Д., сост., 1984
26. Введение в нелинейную физику: От маятника до турбулентности и хаоса, Заславский Г. М., Сагдеев Р. З., 1988