5. ЗВУКОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

До сих пор мы говорили о поглощении и усилении звука электронами проводимости. Есть, одна-ко, интересный эффект, о котором уже вкратце упоми-налось, связанный с обратным влиянием звуковой вол-ны на электроны, - звукоэлектрический эффект.

Бегущая звуковая волна увлекает за собой электро-ны проводимости, в результате чего, если замкнуть об-разец проводником, в цепи потечет звукоэлектрический ток. Если же образец разомкнут, то на его концах воз-никнет разность потенциалов, а внутри его -- звукоэлектрическое поле Е^зв. Оценить его можно из следующих соображений.

В процессе поглощения звука электронам, заклю-ченным в единице объема, в единицу времени передается энергия ГS. Импульс, передаваемый при этом электронам, есть ГS/щ. С другой стороны, эта величина должна быть равна силе, действующей на эти элек-троны со стороны звукоэлектрнческого поля - en₀ Е^зв. В итоге получается следующая оценка:

Е^зв = ГS/en₀щ (9)

Соответственно звукоэлектрический ток равен:

j^зв = у Е^зв = мГS/щ (10)

Это соотношение легко понять качественно -- чем больше поглощение звука, тем больший импульс пере-дается от звука электронам н тем больше электронный ток.

Звукоэлектрический эффект в пьезополупроводниках имеет очень большую величину -- при интенсивности звука 0,1 Вт/см² звукоэлектрическое поле может достигать 15--20 В/см. Поэтому звукоэлектрический эф-фект может быть использован как весьма чувствитель-ный индикатор наличия звуковых волн в кристалле и измеритель их интенсивности.

Соотношения (9) и (10) остаются справедливыми и во внешнем электрическом поле, когда в полупровод-нике наряду со звукоэлектрическим током течет та«же ток проводимости. Поэтому при пороговом значении электрического поля, когда поглощение звука сменяет-ся его усилением, изменяет знак и звукоэлектрическое поле. Такую перемену знака легко понять физически: когда дрейфовая скорость электронов превышает ско-рость звука, звуковая волна уже не увлекает систему электронов, а тормозит ее как целое. Изменение знака звукоэлектрического эффекта неоднократно наблюда-лось на опыте.

А что произойдет, если направление, в котором рас-пространяется звук в кристалле, изменить на противо-положное? На первый взгляд кажется, что при этом (в отсутствие внешнего электрического поля) изменится лишь знак звукоэлектрического поля Е^зв. Тут можно рассуждать так: одновременно с изменением направ-ления распространения звука повернем мысленно и сам кристалл на 180°. Повернутый кристалл совпадает с исходным, и по существу ничего не изменилось. Это )рассуждение действительно подходит для полупроводника, кристаллическая решетка которого имеет центр симметрии. Мы же видели, что кристаллические решет-ки пьезополупроводников не имеют центра симметрией.

Поэтому в них при изменении направления распространения звука на противоположное может изменяться не только знак, но и величина Е^зв. Иными словами, звукоэлектрический эффект содержит четную и нечетную .части: первая не изменяется при изменении направления распространения звука, а вторая изменяет свой знак. Четный звукоэлектрический эффект также наблю-дался на опыте.

Звукоэлектрический эффект проявляется как при распространении звуковых сигналов, так и при усиле-нии шумов. Он играет важную роль в формировании акустоэлектрических доменов, о которых говорилось выше.

Исследования звукоэлектрического эффекта ве-дутся весьма активно, так как с их помощью можно непосредственно изучать электронные свойства полу-проводников.