Горячие электроны

ГОРЯЧИЕ ЭЛЕКТРОНЫ, подвижные носители заряда в полупроводнике или металле, распределение которых по энергиям смещено относительно равновесного распределения при данной температуре Т в сторону больших энергий. Носители заряда (электроны и дырки) становятся горячими при протекании электрического тока через проводник под действием достаточно сильного электрического поля.

При протекании тока электрическое поле ускоряет большее число носителей, а тормозит меньшее и тем самым сообщает электронному газу дополнительную энергию. В то же время, если средняя энергия Е_ср электронов выше равновесного значения (в невырожденном электронном газе Е_ср = 3/2kT, k - постоянная Больцмана), электронный газ передаёт энергию фононам при рассеянии на них. Степень «разогрева» носителей заряда, т. е. увеличение их Еср по сравнению с равновесным значением, зависит от величины электрического поля Е и подвижности носителей тока, а также от скорости передачи ими энергии фононам. При температурах Т > θ_D (θ_D - Дебая температура) разогрев носителей заряда становится значительным при Е≥10³ В/см, а при Т << θ_D - при Е порядка 10^-1-1 В/см.

Разогрев носителей с ростом Е приводит к изменению электрической проводимости σ полупроводника и отклонению его вольтамперной характеристики от закона Ома. При достаточно сильном падении σ с ростом электрического поля на вольтамперной характеристике появляется падающий участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, она становится N-образной (смотри Ганна эффект). В тех же случаях, когда σ растёт, может наблюдаться S-образная характеристика и как следствие - шнурование тока. Когда при приближении к некоторой величине напряжения ток очень сильно растёт, говорят об электрическом пробое.

Нагрев электронов приводит и к другим эффектам: эмиссии горячих электронов из ненагретых полупроводников, анизотропии электрической проводимости и коэффициента диффузии в кристаллах кубической сингонии в сильных полях, росту и анизотропии флуктуаций электрических.

Горячие  электроны возникают также при инжекции носителей заряда из контакта двух проводников под действием приложенного к ним напряжения; при генерации носителей заряда светом с энергией фотонов, превышающей ширину запрещённой зоны полупроводника на величину, большую величины характерной тепловой энергии носителей.

Лит. смотри при ст. Полупроводники.