耿氏效应原理

发布网友发布时间：2024-10-05 18:32

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热心网友时间：2024-11-14 04:44

砷化镓材料的特殊能带结构是理解耿氏效应的关键。在砷化镓的能带结构中，导带有两个能谷，这两个能谷之间的能隙为0.36eV。将这种材料置于外电场中时，外电场的作用促使体内电子在能谷之间跳跃，导致电导率在电场强度增加时或减少时呈现出周期性的变化，进而引发体内的高频振荡现象。

耿氏效应与半导体的能带结构密切相关。砷化镓导带的最低能谷1位于布里渊区中心，而在布里渊区边界L处还有一个能谷2，能谷2比能谷1高0.29ev。在温度和电场不太高时，导带电子主要位于能谷1。能谷1具有较高的曲率，使得电子的有效质量较小。相反，能谷2的曲率较小，电子的有效质量较大。由于能谷2电子的有效质量较大，因此能谷2的电子迁移率小于能谷1的电子迁移率。当电场较弱时，电子主要位于能谷1，其平均漂移速度为。然而，当电场很强时，电子从电场中获得较大能量，由能谷1跃迁至能谷2，此时平均漂移速度为。由于迁移率从变化到时经过一个负阻区，迁移率在此区间为负值。这种特性也被称为负阻效应，意味着随着电场强度的增加，电流密度反而减小。

总之，通过理解砷化镓材料的能带结构及其在电场作用下的电子跃迁过程，可以揭示耿氏效应的原理。这一效应不仅展示了电子在半导体材料中迁移率的复杂性，还对研究电子输运、高频振荡现象及开发相关电子器件提供了理论基础。