Ô ÔÝÌ-ýôôåêò 3 È . Ê È Ê Î È Í , ...
advertisement
Ê 90-ËÅÒÈÞ ÑÎ ÄÍß ÐÎÆÄÅÍÈß È.Ê.ÊÈÊÎÈÍÀ 3 ÔÝÌ-ýôôåêò È.ÊÈÊÎÈÍ, Ñ.ËÀÇÀÐÅÂ Ô ÎÒÎÝËÅÊÒÐÎÌÀÃÍÈÒÍÛÉ (ÔÝÌ) ýôôåêò áûë îòêðûò îäíèì èç íàñ â 1934 ãîäó. Çàêëþ÷àåòñÿ ýòîò ýôôåêò â ñëåäóþùåì. Åñëè îñâåùàòü ïîëóïðîâîäíèê, ïîìåùåííûé â ìàãíèòíîå ïîëå, òî â íåì âîçíèêàåò ýëåêòðîäâèæóùàÿ ñèëà. Íà ðèñóíêå 1 ïðèâåäåíà ñõåìà ýêñïåðèB a A hν X Ðèñ. 1 Z a A Y Èëëþñòðàöèÿ Ï.×åðíóñêîãî ìåíòà, â êîòîðîì îáíàðóæèâàåòñÿ ôîòîýëåêòðîìàãíèòíûé ýôôåêò. Ïîëóïðîâîäíèê â âèäå ïðÿìîóãîëüíîé 1* ïëàñòèíêè ïîìåùåí â ìàãíèòíîå ïîëå, íàïðàâëåííîå âäîëü îñè Õ. Âäîëü îñè Y íà ïîâåðõíîñòü ïëàñòèíêè ïàäàåò ïó÷îê ñâåòà. Òîãäà ìåæäó ãðàíÿìè à è a′ âäîëü îñè Z âîçíèêàåò ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ, êîòîðóþ ìû â äàëüíåéøåì áóäåì íàçûâàòü ôîòîýëåêòðîìàãíèòíîé ÝÄÑ. Åñëè íà ýòè ãðàíè íàíåñòè ýëåêòðîäû è çàìêíóòü èõ ïðîâîäíèêîì, òî âêëþ÷åííûé â öåïü èçìåðèòåëüíûé ïðèáîð çàðåãèñòðèðóåò íàëè÷èå òîêà â öåïè.  ïåðâûõ ýêñïåðèìåíòàõ, â êîòîðûõ áûë îáíàðóæåí ÔÝÌ-ýôôåêò, èñïîëüçîâàëèñü ïëàñòèíêè èç çàêèñè ìåäè ( Cu2O ).  òî âðåìÿ çàêèñü ìåäè áûëà ñàìûì «ìîäíûì» âåùåñòâîì, íà êîòîðîì ïîäðîáíî èçó÷àëèñü îñíîâíûå çàêîíîìåðíîñòè, êàñàþùèåñÿ ïîëóïðîâîäíèêîâ. Ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî â 30-õ ãîäàõ íà÷àëàñü ýðà ïîëóïðîâîäíèêîâ, êîòîðûì ñóæäåíî áûëî ñîâåðøèòü ðåâîëþöèþ â ðàäèîýëåêò- ðîííîé òåõíèêå. Îïèñàííûå âûøå îïûòû ïðîâîäèëèñü íà îáðàçöàõ çàêèñè ìåäè ïðè òåìïåðàòóðå æèäêîãî àçîòà (77 Ê).  íåáîëüøîì ìàãíèòíîì ïîëå (ñ èíäóêöèåé îêîëî 1 Òë) ïðè îñâåùåíèè îáðàçöà äîâîëüíî ñëàáûì ñâåòîì îò ëàìïî÷êè êàðìàííîãî ôîíàðèêà ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ ìåæäó òî÷êàìè À è A′ (ðàññòîÿíèå ìåæäó íèìè áûëî îêîëî 2 ñì) äîñòèãàëà 1520 Â! Îïûòû ïîêàçàëè, ÷òî çíàê ôîòîýëåêòðîìàãíèòíîé ÝÄÑ, à ñëåäîâàòåëüíî, è íàïðàâëåíèå ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â îáðàçöå ìåíÿþòñÿ ïðè èçìåíåíèè íàïðàâëåíèÿ âíåøíåãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ. À ïðè çàäàííîì íàïðàâëåíèè ïîëÿ çíàê ÝÄÑ ìåíÿåòñÿ, åñëè èçìåíèòü íàïðàâëåíèå ïàäàþùåãî íà îáðàçåö ñâåòà (ò.å. îñâåòèòü ïðîòèâîïîëîæíóþ ïîâåðõíîñòü îáðàçöà). Ïðè îñâåùåíèè îáðàçöà â îòñóòñòâèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ ÝÄÑ íå âîçíèêàåò. 4 Ïîïûòàåìñÿ îáúÿñíèòü ïðîèñõîæäåíèå ÔÝÌ-ýôôåêòà. Ôîòîýëåêòðîìàãíèòíàÿ ÝÄÑ âîçíèêàåò ïðè äåéñòâèè íà îñâåùàåìûé îáðàçåö ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ìåæäó òåì èçâåñòíî, ÷òî ìàãíèòíîå ïîëå äåéñòâóåò òîëüêî íà äâèæóùèåñÿ ýëåêòðè÷åñêèå çàðÿäû. Ïîýòîìó íàäî ïîíÿòü, êàêèì îáðàçîì ñîçäàåòñÿ äâèæåíèå çàðÿäîâ â ïîëóïðîâîäíèêå â îòñóòñòâèå èñòî÷íèêà ÝÄÑ. Ñâåò, ïàäàþùèé íà ïîâåðõíîñòü ïîëóïðîâîäíèêà, ïîãëîùàåòñÿ â íåì (åñëè ïîëóïðîâîäíèê íå ïðîçðà÷åí äëÿ ýòîãî ñâåòà). Âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ ñâåò ïîãëîùàåòñÿ ýëåêòðîíàìè àòîìîâ ïîëóïðîâîäíèêà. Ïðè äîñòàòî÷íîé ýíåðãèè ( hν ) êâàíòîâ ñâåòà (ôîòîíîâ) ïîãëîòèâøèé èõ ýëåêòðîí îòðûâàåòñÿ îò àòîìà, ñòàíîâèòñÿ ñâîáîäíûì è ìîæåò ïåðåìåùàòüñÿ âíóòðè îñâåùàåìîãî òåëà.  ìåòàëëàõ è áåç âñÿêîãî äåéñòâèÿ ñâåòà èìååòñÿ îãðîìíîå êîëè÷åñòâî ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíîâ.  ïîëóïðîâîäíèêàõ ÷èñëî ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíîâ îáû÷íî ìàëî, à ïîä äåéñòâèåì ïîãëîùàåìîãî ñâåòà îíî óâåëè÷èâàåòñÿ. Ðàç ïîëóïðîâîäíèê íåïðîçðà÷åí, ïàäàþùèé íà åãî ïîâåðõíîñòü ñâåò ïîãëîùàåòñÿ â òîíêîì ñëîå ó ïîâåðõíîñòè, ò.å. ïðîíèêàåò â îáðàçåö ëèøü íà íåáîëüøóþ ãëóáèíó (ïîðÿäêà äëèíû âîëíû ñâåòà). Ñëåäîâàòåëüíî, â òîíêîì ïðèïîâåðõíîñòíîì ñëîå ïîëóïðîâîäíèêà óâåëè÷èâàåòñÿ ÷èñëî ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíîâ.  îñòàëüíîé ÷àñòè ïîëóïðîâîäíèêà, êóäà ñâåò íå ïðîíèêàåò, ÷èñëî ýëåêòðîíîâ îñòàåòñÿ íåèçìåííûì. Çíà÷èò, â òîíêîì ñëîå âáëèçè îñâåùàåìîé ïîâåðõíîñòè êîíöåíòðàöèÿ ýëåêòðîíîâ îêàçûâàåòñÿ áîëüøå, ÷åì â òîëùå îáðàçöà. Èç ìîëåêóëÿðíîé ôèçèêè èçâåñòíî, ÷òî, êîãäà â îäíîé ÷àñòè òåëà êîíöåíòðàöèÿ ÷àñòèö áîëüøå, ÷åì â äðóãèõ åãî ÷àñòÿõ, íàáëþäàåòñÿ ÿâëåíèå äèôôóçèè ïåðåìåùåíèå ÷àñòèö èç îáëàñòè ñ áîëüøåé êîíöåíòðàöèåé â îáëàñòü ñ ìåíüøåé êîíöåíòðàöèåé. Òî æå ïðîèñõîäèò è ñ ýëåêòðîíàìè, ðîæäåííûìè â ïîëóïðîâîäíèêå ñâåòîì: ýëåêòðîíû äèôôóíäèðóþò îò îñâåùàåìîé ïîâåðõíîñòè â ãëóáü îáðàçöà. Íî ïåðåìåùåíèå ýëåêòðîíîâ ýòî ýëåêòðè÷åñêèé òîê. Ïðè îñâåùåíèè ïîëóïðîâîäíèêà ïîãëîùàåìûì ñâåòîì âîçíèêàåò äâèæåíèå ýëåêòðîíîâ îò îñâåùåííîé ê íåîñâåùåííîé ïîâåðõíîñòè îáðàçöà. Èíûìè ñëîâàìè, âîçíèêàåò òîê, êîòîðûé ìû íàçîâåì äèôôóçèîííûì ýëåêòðîííûì òîêîì. (Ýòîò òîê íàïðàâëåí ÊÂÀÍÒ 1998/¹4 îò íåîñâåùåííîé ãðàíè ê îñâåùåííîé.) Îí âîçíèêàåò ïîä äåéñòâèåì ñâåòà áåç âíåøíåãî èñòî÷íèêà òîêà. Òî÷íåå, ñâåò è ñëóæèò èñòî÷íèêîì òîêà. Íà ýëåêòðîíû, ñîçäàþùèå äèôôóçèîííûé òîê, äåéñòâóåò ìàãíèòíîå ïîëå. Êàê èçâåñòíî, ñèëà Ëîðåí→ öà FË , äåéñòâóþùàÿ â ìàãíèòíîì ïîëå íà äâèæóùèéñÿ çàðÿä, íàïðàâ→ ëåíà ïåðïåíäèêóëÿðíî ñêîðîñòè v → çàðÿäà è ìàãíèòíîé èíäóêöèè B ïîëÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, åñëè íàïðàâëåíèå èíäóêöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ è íàïðàâëåíèå ïàäàþùåãî ñâåòà òàêèå, êàê íà ðèñóíêå 1, òî ïîä äåéñòâèåì ñèëû Ëîðåíöà ýëåêòðîíû îòêëîíÿþòñÿ ê ãðàíè a ′ è ñêàïëèâàþòñÿ íà íåé. Ñëåäîâàòåëüíî, ýòà ãðàíü áóäåò èìåòü îòðèöàòåëüíûé çàðÿä. Òàêèì îáðàçîì, ìåæäó ãðàíÿìè à è a ′ âîçíèêàåò ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ, è åñëè íàëîæèòü íà ýòè ãðàíè ýëåêòðîäû, ñîåäèíåííûå ïðîâîäíèêîì, òî ïî ïðîâîäíèêó ïîòå÷åò ýëåêòðè÷åñêèé òîê. Êàçàëîñü áû, íà ýòîì ìîæíî ñ÷èòàòü îáúÿñíåíèå âîçíèêíîâåíèÿ ÔÝÌýôôåêòà çàêîí÷åííûì. Îäíàêî ñóùåñòâåííûì ÿâëÿåòñÿ òîò ôàêò, ÷òî ýëåêòðè÷åñêèé òîê â çàìêíóòîé öåïè ñóùåñòâóåò â òå÷åíèå äëèòåëüíîãî âðåìåíè, ïîêà íà îáðàçåö ïàäàåò ñâåò. À ïðèâåäåííûå âûøå ðàññóæäåíèÿ íåäîñòàòî÷íû äëÿ îáúÿñíåíèÿ ýòîãî ôàêòà. Äåéñòâèòåëüíî, äëÿ ïîääåðæàíèÿ ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ ìåæäó ãðàíÿìè à è a ′ ïëàñòèíêè íåîáõîäèì ïîñòîÿííûé ïðèòîê ýëåêòðîíîâ íà ãðàíü a ′ , à ñëåäîâàòåëüíî, ïîñòîÿííûé äèôôóçèîííûé òîê ýëåêòðîíîâ. Íî äèôôóçèÿ ýëåêòðîíîâ íå ìîæåò äîëãî ïðîäîëæàòüñÿ, îíà äîëæíà ïðåêðàòèòüñÿ.  ñàìîì äåëå, ÷àñòü ýëåêòðîíîâ, äèôôóíäèðóÿ â ãëóáü îáðàçöà, äîñòèãàåò íåîñâåùåííîé ïîâåðõíîñòè ïëàñòèíêè è îñåäàåò íà íåé. Ñî âðåìåíåì íà ýòîé ïîâåðõíîñòè äîëæåí íàêîïèòüñÿ îòðèöàòåëüíûé çàðÿä, êîòîðûé áóäåò òîðìîçèòü äèôôóíäèðóþùèå ýëåêòðîíû. Êîãäà íà íåîñâåùåííîé ïîâåðõíîñòè îáðàçöà íàêîïèòñÿ äîñòàòî÷íîå êîëè÷åñòâî ýëåêòðîíîâ, äèôôóçèîííûé òîê ïðåêðàòèòñÿ, è, ñëåäîâàòåëüíî, ïðåêðàòèòñÿ òîê âî âíåøíåé öåïè. Êàê ïîêàçûâàþò ðàñ÷åòû, âðåìÿ ñóùåñòâîâàíèÿ äèôôóçèîííîãî òîêà, çàâèñÿùåå îò âíåøíèõ óñëîâèé (îò èíòåíñèâíîñòè ïàäàþùåãî ñâåòà, çíà÷åíèÿ èíäóêöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ) è îò ñâîéñòâ îáðàçöà (åãî ðàçìåðîâ, ìàòåðèàëà è ïð.), îáû÷íî âåñüìà ìàëî ïîðÿäêà −5 −6 10 10 ñ. Äëÿ îáúÿñíåíèÿ ïîñòîÿííîãî òîêà â öåïè (ïîñòîÿííîé ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ ìåæäó ãðàíÿìè à è a ′ ) íåîáõîäèìî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ñêàïëèâàþùèéñÿ íà íåîñâåùåííîé ïîâåðõíîñòè ïëàñòèíêè îòðèöàòåëüíûé çàðÿä «íåéòðàëèçóåòñÿ» òî÷íî òàêèì æå ïîëîæèòåëüíûì çàðÿäîì. Ïðåäñòàâèì ñåáå, ÷òî ïðè îñâåùåíèè ïîâåðõíîñòè îáðàçöà ðîæäàþòñÿ íå òîëüêî ýëåêòðîíû, íî è ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííûå ÷àñòèöû, çàðÿä êàæäîé èç êîòîðûõ ïî àáñîëþòíîìó çíà÷åíèþ ðàâåí çàðÿäó ýëåêòðîíà. Îíè òîæå áóäóò äèôôóíäèðîâàòü â ãëóáü îáðàçöà. Òîãäà ñîâìåñòíàÿ äèôôóçèÿ ýëåêòðîíîâ è ýòèõ ïîëîæèòåëüíûõ çàðÿäîâ ìîæåò ïðîäîëæàòüñÿ ñêîëü óãîäíî äîëãî, ïîñêîëüêó, äîõîäÿ äî ïðîòèâîïîëîæíîé ïîâåðõíîñòè îáðàçöà, îíè íå çàðÿæàþò åå. Ïðàâäà ïðè ýòîì ñóììàðíûé äèôôóçèîííûé òîê ðàâåí íóëþ. Èìåííî òàêàÿ êàðòèíà è ðåàëèçóåòñÿ â äåéñòâèòåëüíîñòè ïðè îñâåùåíèè ïîëóïðîâîäíèêà. À ïîëîæèòåëüíûå çàðÿäû, êîòîðûå ðîæäàþòñÿ ñâåòîì, ýòî òàê íàçûâàåìûå äûðêè. Ïðåäñòàâëåíèå î äûðêàõ ïîðîæäåíî êâàíòîâîé ìåõàíèêîé. ÔÝÌ-ýôôåêò îäíî èç ïåðâûõ ôèçè÷åñêèõ ÿâëåíèé, äëÿ îáúÿñíåíèÿ êîòîðûõ ïîíÿòèå äûðêè îêàçàëîñü ñîâåðøåííî íåîáõîäèìûì.  ñîâðåìåííîé òåîðèè ýëåêòðîïðîâîäíîñòè ýëåêòðîííî-äûðî÷íîå ïðåäñòàâëåíèå ñòàëî îáùåïðèíÿòûì. Èòàê, ïðè îñâåùåíèè ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêîâîé ïëàñòèíêè ïðîèñõîäèò îäíîâðåìåííîå ðîæäåíèå ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíîâ è äûðîê (èëè, êàê ãîâîðÿò, ðîæäåíèå ýëåêòðîííîäûðî÷íîé ïàðû), êîòîðûå äèôôóíäèðóþò â îäíîì íàïðàâëåíèè.  ìàãíèòíîì ïîëå ñèëà Ëîðåíöà îòêëîíÿåò äâèæóùèåñÿ ýëåêòðîíû è äûðêè â ïðîòèâîïîëîæíûå ñòîðîíû, òàê ÷òî íà ãðàíè a ′ îñåäàþò ýëåêòðîíû, à íà ãðàíè à äûðêè. Î÷åâèäíî, ÷òî ïðè èçìåíåíèè íàïðàâëåíèÿ ïàäàþùåãî ñâåòà èëè íàïðàâëåíèÿ ìàãíèòíîé èíäóêöèè çíàê âîçíèêàþùåé ÝÄÑ ìåíÿåòñÿ íà ïðîòèâîïîëîæíûé. Çíàê ÝÄÑ ìîæíî îïðåäåëèòü ïî ïðàâèëó ëåâîé ðóêè: åñëè ëåâóþ ðóêó ðàñïîëîæèòü òàê, ÷òîáû âåêòîð ìàãíèòíîé èíäóêöèè âõîäèë â ëàäîíü, à ÷åòûðå âûòÿíóòûõ ïàëüöà áûëè íàïðàâëåíû âäîëü ïàäàþùåãî íà îáðàçåö ñâåòîâîãî ïó÷êà, òî îòîãíóòûé íà 90° áîëüøîé ïàëåö óêàæåò íàïðàâëåíèå ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â îáðàçöå. Ê 90-ËÅÒÈÞ Òàêîâà â îáùèõ ÷åðòàõ êà÷åñòâåííàÿ òåîðèÿ ÔÝÌ-ýôôåêòà. Êîíå÷íî, ýòà òåîðèÿ áûëà ðàçðàáîòàíà ïîñëå äåòàëüíîãî ýêñïåðèìåíòàëüíîãî èññëåäîâàíèÿ ýôôåêòà. Ñàì ýôôåêò áûë îáíàðóæåí íåîæèäàííî çíà÷èòåëüíî ðàíüøå ñîçäàíèÿ òåîðèè, è ñíà÷àëà îí êàçàëñÿ óäèâèòåëüíûì. Ðàñ÷åòû, âûïîëíåííûå íà îñíîâå ðàçâèòîé òåîðåòè÷åñêîé ìîäåëè, äàþò ñëåäóþ- N B B S Ðèñ. 2 ùóþ ïðèáëèæåííóþ ôîðìóëó äëÿ ñèëû ôîòîýëåêòðîìàãíèòíîãî òîêà I â çàìêíóòîé öåïè, êîãäà ýëåêòðîäû îáðàçöà çàìêíóòû íàêîðîòêî (ò.å. êîãäà ñîïðîòèâëåíèå âíåøíåé öåïè ïðåíåáðåæèìî ìàëî ïî ñðàâíåíèþ ñ ñîïðîòèâëåíèåì ñàìîãî ïîëóïðîâîäíèêà): I = KeNB , ãäå å çàðÿä ýëåêòðîíà, N êîëè÷åñòâî êâàíòîâ ñâåòà, ïîãëîùàåìûõ 2 1 ì ïîâåðõíîñòè îáðàçöà â 1 ñåêóíäó (î÷åâèäíî, ÷òî N ïðîïîðöèîíàëüíî îñâåùåííîñòè îáðàçöà),  çíà÷åíèå èíäóêöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ, à K êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè, çíà÷åíèå êîòîðîãî çàâèñèò òîëüêî îò ìàòåðèàëà îáðàçöà. Ïðÿìàÿ ïðîïîðöèîíàëüíîñòü òîêà èíòåíñèâíîñòè ïàäàþùåãî ñâåòà è èíäóêöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ áûëà âûÿâëåíà óæå â ïåðâûõ ýêñïåðèìåíòàõ. Ïðè îáû÷íûõ óñëîâèÿõ îïûòà â íåáîëüøîì ìàãíèòíîì ïîëå ïîðÿäêà 1 Òë ïðè îñâåùåííîñòè, ñîçäàâàåìîé åñòåñòâåííûì äíåâíûì ñâåòîì, ÷òî ? D ñîîòâåòñòâóåò N ; 1021 1 ì2 ⋅ c , ÷åðåç îáðàçåö ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî ãåðìàíèÿ øèðèíîé 0,01 ì â íàïðàâëåíèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ òå÷åò ôîòîìàãíèòíûé òîê ;10−3 A . Çíàÿ âíåøíèå ïàðàìåòðû (N, Â), ìîæíî, èçìåðÿÿ ôîòîìàãíèòíûé òîê, íàõîäèòü õàðàêòåðèñòèêè ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ìàòåðèàëîâ, êîòîðûå îïðåäåëÿþò âåëè÷èíó êîýôôèöèåíòà K. ÔÝÌ-ýôôåêò â ñîâðåìåííûõ ëàáîðàòîðèÿõ ñòàë ïðîñòûì è íàäåæíûì èíñòðóìåíòîì äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïàðàìåòðîâ, õàðàêòåðèçóþùèõ 2 Êâàíò ¹ 4 ÑÎ ÄÍß ÐÎÆÄÅÍÈß È.Ê.ÊÈÊÎÈÍÀ êà÷åñòâî ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ìàòåðèàëîâ, òàêèõ, êàê âðåìÿ æèçíè íîñèòåëåé (ýëåêòðîíà è äûðêè) τ , ñêîðîñòü ïîâåðõíîñòíîé ðåêîìáèíàöèè S, äèôôóçèîííàÿ äëèíà L, ïîäâèæíîñòü íîñèòåëåé òîêà µ è íåêîòîðûõ äðóãèõ. Ïîÿñíèì êðàòêî ñìûñë ýòèõ âåëè÷èí. Êàê ìû óæå çíàåì, ïîä äåéñòâèåì êâàíòà ñâåòà âàëåíòíûé ýëåêòðîí ìîæåò «îòîðâàòüñÿ» îò àòîìà è ñòàòü ýëåêòðîíîì ïðîâîäèìîñòè. Îäíàêî ýòîò èçáûòî÷íûé íîñèòåëü òîêà íå ìîæåò ñóùåñòâîâàòü â îáðàçöå áåñêîíå÷íî äîëãî. Äîâîëüíî ñêîðî ïîñëå ñâîåãî ðîæäåíèÿ îí ïî òåì èëè èíûì ïðè÷èíàì ñíîâà ñòàíîâèòñÿ ñâÿçàííûì, íàïðèìåð ïðèñîåäèíèâøèñü ê èîíèçèðîâàííîìó àòîìó (ýòîò ïðîöåññ íàçûâàåòñÿ ðåêîìáèíàöèåé). Ñðåäíåå âðåìÿ τ ñóùåñòâîâàíèÿ íîñèòåëÿ òîêà â ñâîáîäíîì ñîñòîÿíèè íàçûâàþò âðåìåíåì æèçíè.  ðàçíûõ ïîëóïðîâîäíèêàõ ýòî âðåìÿ ðàçëè÷−10 íî îò 10 ñ äî ñîòûõ äîëåé ñåêóíäû. Ýëåêòðîíû (èëè äûðêè) ðåêîìáèíèðóþò íå òîëüêî â îáúåìå ïîëóïðîâîäíèêà, íî è íà åãî ïîâåðõíîñòè. Âåëè÷èíà S, õàðàêòåðèçóþùàÿ ñêîðîñòü èñ÷åçíîâåíèÿ íîñèòåëåé òîêà íà ïîâåðõíîñòè, íàçûâàåòñÿ ñêîðîñòüþ ïîâåðõíîñòíîé ðåêîìáèíàöèè. Äëèíà äèôôóçèè íîñèòåëåé L ðàâíà ïðèáëèçèòåëüíî ðàññòîÿíèþ, íà êîòîðîå óñïåâàþò ïðîäèôôóíäèðîâàòü ýëåêòðîíû è äûðêè çà âðåìÿ ñâîåé æèçíè τ . Ïîäâèæíîñòü íîñèòåëåé µ ýòî ñêîðîñòü èõ ïåðåìåùåíèÿ ïîä äåéñòâèåì ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ñ íàïðÿæåííîñòüþ, ðàâíîé åäèíèöå. Ýòè ïàðàìåòðû âî ìíîãîì îïðåäåëÿþò êà÷åñòâà ïîëóïðîâîäíèêîâ, èñïîëüçóåìûõ â ýëåêòðîííîé òåõíèêå.  çàêëþ÷åíèå îïèøåì îäèí êðàñèâûé îïûò, êîòîðûé èëëþñòðèðóåò ìåõàíèçì âîçíèêíîâåíèÿ ÔÝÌ-ýôôåêòà. Îïûò ñîñòîèò â ñëåäóþùåì. Èç ïîëóïðîâîäíèêà (ãåðìàíèÿ) âûðåçàåòñÿ îáðàçåö â âèäå ìàëåíüêîãî öèëèíäðà. Âíóòðè öèëèíäðà âûñâåðëèâàåòñÿ òîíêèé êàíàë, â êîòîðûé çàïðåññîâûâàåòñÿ ïîäïÿòíèê èç òâåðäîãî ìàòåðèàëà. Îáðàçåö íàñàæèâàåòñÿ íà èãëó (êàê ìàãíèòíàÿ ñòðåëêà êîìïàñà). Öèëèíäð ïîìåùàåòñÿ ìåæäó ïîëþñàìè ìàãíèòà (ðèñ.2) è îñâåùàåòñÿ ñâåòîì (óãîë ìåæäó íàïðàâëåíèåì ëó÷à ñâåòà è èíäóêöèåé ìàãíèòíîãî ïîëÿ θ ≈ 45°).  ðåçóëüòàòå îáðàçåö íà÷èíàåò âðàùàòüñÿ! Îïûò íàãëÿäíî äåìîíñòðèðóåò íåïîñðåäñòâåííîå ïðåâðàùåíèå ýíåðãèè ñâåòà â ìåõàíè÷åñêóþ ýíåðãèþ. Ýòî 5 ÿâëåíèå ìîæíî íàçâàòü ôîòîìàãíèòîìåõàíè÷åñêèì ýôôåêòîì. Ïîïðîáóåì îáúÿñíèòü ïðîèñõîæäåíèå ýòîãî ýôôåêòà. Ëó÷ ñâåòà, ïàäàþùèé íà áîêîâóþ ïîâåðõíîñòü öèëèíäðè÷åñêîãî îáðàçöà, îñâåùàåò óçêóþ âåðòèêàëüíóþ ïîëîñêó íåáîëüøîé øèðèíû ïî âñåé äëèíå öèëèíäðà. Ðîæäåííûå ñâåòîì ýëåêòðîíû è äûðêè äèôôóíäèðóþò èç îñâåùåííîé îáëàñòè â ãëóáü öèëèíäðè÷åñêîãî îáðàçöà.  ðåçóëüòàòå äåéñòâèÿ ñèëû Ëîðåíöà íà äèôôóíäèðóþùèå â ìàãíèòíîì ïîëå ýëåêòðîíû è äûðêè âîçíèêàåò ÝÄÑ ÔÝÌ-ýôôåêòà. Ïðè ýòîì âñå ïðîöåññû äèôôóçèè è ðåêîìáèíàöèè ðîæäåííûõ ñâåòîì íîñèòåëåé ðàçûãðûâàþòñÿ â ñëîå îáðàçöà ïðîòÿæåííîñòüþ ïîðÿäêà äèôôóçèîííîé äëèíû. Îñòàëüíàÿ æå òîëùà îáðàçöà ïàññèâíà è ñëóæèò êàê áû ïðîâîäíèêîì, çàìûêàþùèì íà ñåáÿ ÝÄÑ. Âåñü îáðàçåö ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå áåñêîíå÷íîãî ÷èñëà çàìêíóòûõ êîíòóðîâ-ðàìîê (îäíà èç ñòîðîí ýòèõ ðàìîê óçêàÿ îñâåùåííàÿ ïîëîñêà ïîâåðõíîñòè îáðàçöà). Íà êàæäóþ òàêóþ ðàìêó ñî ñòîðîíû ìàãíèòíîãî ïîëÿ äåéñòâóåò ìîìåíò ñèë, ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå êîòîðîãî ïðîïîðöèîíàëüíî ïëîùàäè ðàìêè è ñèëå òîêà â íåé. Îäíàêî â ñèëó ñèììåòðèè öèëèíäðè÷åñêîãî îáðàçöà âñå ýòè ðàìêè ìîæíî çàìåíèòü îäíîé «ýêâèâàëåíòíîé» ðàìêîé, ïëîñêîñòü êîòîðîé îïðåäåëÿåòñÿ íàïðàâëåíèåì ïó÷êà ïàäàþùåãî ñâåòà. È åñëè óãîë θ , êîòîðûé ñîñòàâëÿåò ïëîñêîñòü ðàìêè ñ íàïðàâëåíèåì èíäóêöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ, íå ðàâåí 90°, òî ðàìêà ïîâîðà÷èâàåòñÿ â ìàãíèòíîì ïîëå (êàê ðàìêà ñ òîêîì â îáû÷íîì ýëåêòðîäâèãàòåëå).  îïèñàííîì íàìè îïûòå θ ≈ 45°, è âðàùàþùèé ìîìåíò, äåéñòâóþùèé íà ýêâèâàëåíòíóþ ðàìêó, çàñòàâëÿåò âðàùàòüñÿ âåñü îáðàçåö. Ïðè âðàùåíèè öèëèíäðà ïîä ïó÷îê ñâåòà ïîïàäàþò âñå íîâûå ó÷àñòêè åãî ïîâåðõíîñòè. Ïîýòîìó öèëèíäð áóäåò âðàùàòüñÿ íåïðåðûâíî. Åñëè âû ðàçîáðàëèñü â ìåõàíèçìå âîçíèêíîâåíèÿ ÔÝÌ-ýôôåêòà, âû ñìîæåòå îòâåòèòü íà òàêîé âîïðîñ: èçìåíèòñÿ ëè íàïðàâëåíèå âðàùåíèÿ öèëèíäðà, åñëè íàïðàâëåíèå ïîëÿ ïîìåíÿòü íà ïðîòèâîïîëîæíîå?
