Акустоэлектрический Эффект

АКУСТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ, возникновение электрического напряжения на концах разомкнутого проводника (акусто-эдс) или постоянного тока в замкнутом проводнике (акустоэлектрического тока) вследствие увлечения свободных носителей заряда распространяющейся в проводнике акустической волной. Акустоэлектрический эффект предсказан американским физиком Р. Парментером (1953) и впервые обнаружен американскими физиками Г. Вайнрайхом и Х. Дж. Уайтом (1957). Акустоэлектрический эффект  обусловлен передачей части импульса, переносимого волной, свободным носителям заряда вследствие акустоэлектронного взаимодействия. Знак акустоэлектрического эффекта  соответствует знаку увлекаемых волной носителей заряда. Акустоэлектрический эффект  нечётный - он меняет знак при изменении направления волны на противоположное. Акустоэлектрический эффект  является нелинейным - величина локальной плотности акустоэлектрического тока j_aэ пропорциональна произведению линейных по деформации амплитуд волны концентрации свободных носителей заряда и волны электрического поля, сопровождающих акустическую волну. Локальная плотность акустоэлектрического тока j_aэ пропорциональна коэффициенту электронного поглощения звука α_е и интенсивности акустической волны W:

(соотношение Вайнрайха), где v_s - скорость звука, μ - подвижность носителей заряда.

Акустоэлектрический эффект  экспериментально наблюдается в металлах и полупроводниках. Однако в металлах и полупроводниковых кристаллах, имеющих центр симметрии (например, Ge и Si), акустоэлектрический эффект  невелик из-за слабого акустоэлектронного взаимодействия. Существенно больший акустоэлектрический эффект  имеет место в пьезополупроводниках (например, CdS, CdSe, ZnO). При интенсивности звука порядка 1 Вт/см² на частотах порядка десятков мегагерц в образцах длиной около 1 см акусто-эдс оказывается порядка нескольких вольт.

В полупроводниках, помещённых в сильное электрическое поле, коэффициент электронного поглощения звука зависит от скорости дрейфа v_d свободных носителей заряда. При сверхзвуковой скорости дрейфа (v_d>v_s) коэффициент α_е меняет знак и поглощение акустических волн сменяется их усилением. Акустоэлектрический ток также меняет знак и вычитается из тока проводимости. Следствием этого является изменение наклона вольт-амперной характеристики.

Акустоэлектрический эффект  имеет место и при распространении поверхностных акустических волн в полупроводниках и слоистых структурах пьезоэлектрик-полупроводник. Сопровождающее волну переменное электрическое поле вызывает токи и перераспределение свободных носителей заряда в приповерхностном слое полупроводника. При этом движение носителей происходит как вдоль границы раздела, так и перпендикулярно к ней, вызывая в структуре как продольный, так и поперечный акустоэлектрический эффект  Поперечный акустоэлектрический эффект  чётный — он не меняет знак при изменении направления распространения волны на противоположное.

Вследствие относительно слабой зависимости величины акустоэлектрического эффекта  от частоты акустической волны он используется при создании широкополосных квадратичных и линейных акустоэлектрических детекторов. Акустоэлектрический эффект  применяется также для измерения интенсивности акустических волн и измерения частотных характеристик электроакустических преобразователей.

Лит.: Гуревич В. Л. Теория акустических свойств пьезоэлектрических полупроводников // Физика и техника полупроводников. 1968. Т. 2. Вып. 11; Гуляев Ю. В. и др. К теории электронного поглощения и усиления поверхностных звуковых волн в пьезокристаллах // Физика твердого тела. 1970. Т. 12. Вып. 9; Мухортое Ю. П. и др. Поперечный акустоэлектрический эффект // Там же. 1972. Т. 14. Вып. 9.