Если к однородным образцам арсенида галлия (или фосфида индия) приложить достаточно сильное электрическое поле, в них возникнут спонтанные колебания тока. Такой эффект был обнаружен Джоном Ганном в 1963 г. Уже в пер-ВОЙ публикации Ганна была высказана мысль, что экспериментально обнаруженный им эффект может найти важное практическое применение для создания твердотельных генераторов СВЧ диапазона. Это предположение полностью оправдалось. Уже в 1967 Г. появились промышленные образцы генераторов, работающих на основе эффекта Ганна, способные заменить отражательные клистроны в гетеродинах приемников РЛС и ряде других устройств. Позднее на основе эффекта Ганна были разработаны СВЧ усилители, аналоговые и оптоэлектронные устройства, быстродействующие логические схемы и т. д. Практическая важность эффекта привлекла к нему внимание многих исследователей и в настоящее время эффект Ганна является, по-видимому, наиболее изученной с физической точки зрения неустойчивостью в полупроводниках, несмотря на то, что некоторые другие типы неустойчивостей были обнаружены значительно раньше. При исследовании эффекта Ганна были разработаны некоторые экспериментальные приемы и выдвинут ряд интересных физических идей, которые оказали влияние на исследование очень широкого круга вопросов физики полупроводников, в особенности на изучение других типов неустойчивостей в полупроводниках и физики горячих электронов.

Термин «эффект Ганна» в последнее время часто используется не ТОЛЬКО в качестве названия явления спонтанного возникновения колебаний электрического тока при перераспределении электронов между энергетически раздвинутыми долинами в полупроводниках, но и для обозначения многих других явлений, связанных с возникновением и движением доменов сильного поля, волн объемного заряда и т. п. По-видимому, такое обобщение нельзя признать рациональным. Следует также отметить, что сам эффект возникновения неустойчивости тока при перераспределении горячих электронов между долинами с легкой и тяжелой эффективными массами был до замечательной экспериментальной работы Ганна теореТ}1чески предсказан Ридли, Уоткинсом и Хилсу-мом. В связи G этим было бы более справедливо именовать

этот эффект эффектом Ридли--Уоткинса-Хилсума-Ганна. Однако установившуюся традицию использования удобного и краткого наименования поколебать нелегко. В частности, авторы книги всюду следуют этой тргдиции.

К настоящему времени опубликовано более тысячи работ по эффекту Ганна. В этих работах установлена и объяснена физическая картина эффекта, разработаны основные принципы приборов на его основе, описаны и исследованы такие приборы, а также изучены различные физические эффекты, возникающие при эффекте Ганна: модуляция света, генерация света и ультразвука, ударная ионизация в домене сильного поля, неустойчивости в полупроводниках с двумя типами носителей и т. д. Ряд этих вопросов уже отражен в монографиях и обзорной литературе. Однако все предыдущие монографии рассматривают сколько-нибудь подробно только отдельные аспекты эффекта Ганна. Так, в монографии Дж. Кэррола «СВЧ - генераторы на горячих электронах» («Мир», 1972) обсуждаются в основном лишь вопросы, необходимые для понимания работы генераторов Ганна. В книге Р. J. Bul-man, G. S. Hobson,B. С. Taylor «Transferred Electron Devices» (Acad. Press. London and New York, 1972) также неполна освещена физическая картина эффекта. Наконец, брошюра М. С. Шура «Эффект Ганна» («Энергия», 1970) носит популярный характер.

Таким образом, предлагаемая вниманию читателей книга является первой монографией, в которой весь круг физических и прикладных вопросов, связанных с эффектом Ганна, рассмотрен с единой точки зрения. При этом важно подчеркнуть, что авторами книги являются известные специалисты, которые внесли свой собственный вклад в изучение физики эффекта Ганна и горячих электронов в полупроводниках.

В первой главе книги довольно подробно описана физика эффекта Ганна. Знакомства с нею, в принципе, достаточно для понимания материала, изложенного в других главах. Поэтому читатель, интересующийся каким-либо конкретным вопросом, связанным с эффектом Ганна, может после чтения первой главы непосредственно обратиться к интересующему его разделу монографии.

Книга содержит богатую библиографию, охватывающую период с 1963 Г. (экспериментальное открытие эффекта) по 1974 г.

Монография представляет интерес для инженеров, физиков и других научных работников, специализирующихся в области физики полупроводников и полупроводниковых приборов, а также для студентов старших курсов и аспирантов полупроводниковых и радиотехнических специальностей.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В данной книге мы попытались с единой точки зрения описать круг важнейших проблем, связанных с эффектом Ганна. Мы надеемся, что книга будет полезна как специалистам, работающим в области исследования эффекта Ганна, так и тем, кто захочет просто познакомиться с этим эффектом или навести какую-нибудь справку.

Основное внимание в книге уделено физике эффекта Ганна и принципам работы приборов на его основе. Поэтому нам кажется, что знакомство с книгой даст возможность свободно ориентироваться в новых оригинальных работах по эффекту Ганна.

В последнее время наибольшее внимание при исследованиях эффекта Ганна уделялось следующим вопросам: усовершенствованию численных методов расчетов функции распределения горячих электронов, исследованию более полных и сложных моделей, описывающих нелинейные характеристики ганновских диодов, изучению эффекта Ганна в различных полупроводниковых соединениях (особенно в фосфиде индия и некоторых тройных твердых растворах). Большое число новых работ посвящено также теоретическому и экспериментальному исследованию приборов на основе эффекта Ганна. Ссылки на некоторые статьи, вышедшие после окончания работы над рукописью, приведены в списке дополнительной литературы в каждой главе.

Считаем своим приятным долгом поблагодарить Б. Л. Гельмонта за помощь, которую он оказал нам при работе над книгой.

АВТОРЫ