Акустоелектричний ефект
АКУСТОЕЛЕКТРИЧНИЙ ЕФЕКТ, виникнення електричної напруги на кінцях розімкнутого провідника (акусто-ЕДС) або постійного струму в замкнутому провіднику (акустоелектричного струму) внаслідок захоплення вільних носіїв заряду акустичною хвилею, що поширюється в провіднику. Акустоелектричний ефект передбачений американським фізиком Р. Парментером (1953) і вперше виявлено американськими фізиками Г. Вайнрайхом та Х. Дж. Уайтом (1957). Акустоелектричний ефект обумовлений передачею частини імпульсу, що переноситься хвилею, вільним носіям заряду внаслідок акустоелектронної взаємодії. Знак акустоелектричного ефекту відповідає знаку носіїв заряду, що захоплюються хвилею. Акустоелектричний ефект непарний – він змінює знак при зміні напрямку хвилі на протилежне. Акустоелектричний ефект є нелінійним - величина локальної щільності акустоелектричного струму jaе пропорційна добутку лінійних по деформації амплітуд хвилі концентрації вільних носіїв заряду та хвилі електричного поля, що супроводжують акустичну хвилю. Локальна щільність акустоелектричного струму jaе пропорційна коефіцієнту електронного поглинання звуку αе та інтенсивності акустичної хвилі W:
(Співвідношення Вайнрайха), де vs - швидкість звуку, μ - рухливість носіїв заряду.
Акустоелектричний ефект експериментально спостерігається у металах та напівпровідниках. Однак у металах і напівпровідникових кристалах, що мають центр симетрії (наприклад, Ge і Si), акустоелектричний ефект невеликий через слабку акустоелектронну взаємодію. Суттєво більший акустоелектричний ефект має місце у п'єзонапівпровідниках (наприклад, CdS, CdSe, ZnO). При інтенсивності звуку порядку 1 Вт/см 2 на частотах порядку десятків мегагерцзразках довжиною близько 1 см акусто-ЕДС виявляється близько кількох вольт.
У напівпровідниках, вміщених у сильне електричне поле, коефіцієнт електронного поглинання звуку залежить від швидкості дрейфу vd вільних носіїв заряду. При надзвуковій швидкості дрейфу (vd>vs) коефіцієнт αе змінює знак і поглинання акустичних хвиль змінюється їх посиленням. Акустоелектричний струм також змінює знак і віднімається від струму провідності. Наслідком є зміна нахилу вольт-амперной характеристики.
Акустоелектричний ефект має місце і при поширенні поверхневих акустичних хвиль у напівпровідниках та шаруватих структурах п'єзоелектрик-напівпровідник. Змінне електричне поле, що супроводжує хвилю, викликає струми і перерозподіл вільних носіїв заряду в приповерхневому шарі напівпровідника. При цьому рух носіїв відбувається як уздовж межі розділу, так і перпендикулярно до неї, викликаючи в структурі як поздовжній, так і поперечний акустоелектричний ефект.
Внаслідок відносно слабкої залежності величини акустоелектричного ефекту від частоти акустичної хвилі він використовується для створення широкосмугових квадратичних і лінійних акустоелектричних детекторів. Акустоелектричний ефект застосовується також для вимірювання інтенсивності акустичних хвиль та вимірювання частотних характеристик електроакустичних перетворювачів.
Літ.: Гуревич В. Л. Теорія акустичних властивостей п'єзоелектричних напівпровідників // Фізика та техніка напівпровідників. 1968. Т. 2. Вип. 11; Гуляєв Ю. В. та ін. До теорії електронного поглинання та посилення поверхневих звукових хвиль у п'єзокристалах //Фізика твердого тіла. 1970. Т. 12. Вип. 9; Мухортое Ю. П. та ін. Поперечний акустоелектричний ефект// Там же. 1972. Т. 14. Вип. 9.