Радиотехника и электроника, 2022, T. 67, № 6, стр. 601-611

3.1. Отклонения от стехиометрического состава

Поверхность исходного образца до облучения при Ga/As = 1 находится в квазиравновесном состоянии. При этом на поверхности GaAs присутствует тонкий слой природного оксида, который, достигая определенной толщины, в дальнейшем пассивирует поверхность [6]. В то же время обнаружение свободных атомов Ga и As на поверхности свидетельствует о наличии дефектов (вакансий Ga и As или дислокаций) в подлежащем слое GaAs. Существование слоя оксида постоянной толщины предполагает наличие двух потоков атомов (ионов) Ga и As и их вакансий, помимо электронов и дырок: удвоенный по направлению к поверхности GaAs и один – по направлению в объем арсенида галлия. При этом, как известно [10], концентрации электронов и дырок находятся в равновесии и описываются выражениями

где ε_F – уровень Ферми, ε_с – энергетический зазор в зоне проводимости, ${{\varepsilon }_{\upsilon }}$ – энергетический зазор в валентной зоне.

В квазиравновесном состоянии возмущения на поверхности GaAs со стороны слоя оксида возникают за счет различия по плотности и величине коэффициента расширения природного оксида и подслоя GaAs. Величина отношения Ga/As (атомных масс) характеризует не только степень стехиометрии, но и изменение значения поверхностного электрического потенциала φ [11]. Так, например, из выражения электродного потенциала Нернста следует

где F – число Фарадея, z – заряд катиона, a_п и a₀ – активность иона на поверхности и в объеме GaAs.

Согласно уравнениям Липпмана: ${{d\sigma } \mathord{\left/ {\vphantom {{d\sigma } d}} \right. \kern-0em} d} = - {{q}_{s}},$ где q = q/s = q_s – заряд единицы поверхности при постоянной температуре. В то же время изменение поверхностной энергии выражается как σds, где σ – величина поверхностного натяжения, s – площадь межграничной поверхности [11]. Дифференциальная емкость двойного электрического слоя С, возникающая при этом, определяется как

Отсюда следует, что если знак плотности заряда и потенциала находятся в одинаковой фазе, то поверхностное натяжение уменьшается с ростом потенциала, когда же их знаки находятся в противофазе – рост потенциала приводит к повышению поверхностного натяжения.

В то же время движение положительных и отрицательных ионов As^– и Ga⁺ и их вакансий совместно с электронами и дырками, как известно, создает локальное электрическое поле $E = {{E}_{0}}\exp \left( { - i\omega t} \right)$ и записывается в форме бегущей волны с различными амплитудами u_Ga и υ_As [12].

Изменение состава в зависимости от частоты падающего излучения (1) (рис. 4) могут быть результатом направленного движения заряженных частиц, являющихся следствием возникновения пластической деформации или тепловой ориентационной поляризации [13]. При этом, как известно, меняется вязкость, и поэтому на поверхности возникают значительные скалывающие напряжения [2, 11]. Выражение (1) можно записать и в виде

где f₀ = 1.5. При f → 0 процесс воздействия электромагнитного излучения определяется реакцией с пороговой энергией ${{Q}_{1}} = 3.9{\text{\;эВ}}$, что соответствует энергии всестороннего сжатия (100)GaAs [14]. При условии ${{m}_{{{\text{As}}}}} \to {{m}_{{{\text{Ga}}}}}$, ${\text{ln}}\left( {{f \mathord{\left/ {\vphantom {f {{{f}_{0}}}}} \right. \kern-0em} {{{f}_{0}}}}} \right) = 5.02$ и энергия вероятности изменения соотношения m_As/m_Ga соответствует ${{{{\Phi }}}_{1}} = 0.13{\text{\;эВ}} = \left( {0.065 \times 2} \right){\text{\;эВ}}$. Учитывая, что осуществляется сложение энергий движения четырех элементов ${{{{\Phi }}}_{1}} = \left( {0.0325 \times 4} \right){\text{\;эВ}}$, то, скорее всего, ${{{{\Phi }}}_{1}}$ соответствует потенциалу двойного электрического слоя на поверхности стехиометрического арсенида галлия [15]. В этом случае предполагается, что образец находится в равновесии и при неравновесном воздействии создаются электронно-дырочные пары и p = n. Тогда φ_n настолько выше уровня Ферми, насколько φ_p опустится ниже.

При увеличении массы Ga в 2.7 раза по отношению к As энергия вероятности изменения соотношения m_Ga/m_As будет равна

что равно удвоенной энергии ионноплазменных осцилляций в GaAs [19].

При увеличении массы As в 2.7 раза по отношению к галлию энергия вероятности изменения соотношения будет

и это равно удвоенной энергии смещения вакансий галлия [14]. Следует отметить также, что энергия потока электронов с поверхности полупроводника при эмиссии составляет $\Phi \approx 0.11{\text{\;эВ}}$ [10].

Величина Ф соответствует учетверенным значениям энергии поперечных оптических колебаний ТO₁ и ТO₂ (табл. 1),

что может указывать на поглощение энергии при рассеянии акустических колебаний. Из этой же зависимости можно сделать вывод, что на участке вблизи 63 ГГц выделяется (потребляется) энергия порядка 180 кал/моль (0.0079 эВ), значение которой соответствует энергии ориентационного перехода (100) GaAs ↔ (111)GaAs.

Наблюдаемая частотная зависимость объясняется тем фактом, что в ответ на воздействие электрического поля полярные молекулы совершают скачки в их угловой ориентации из одного стабильного положения в другое [10] и угол между дипольным моментом и электрическим полем уменьшается. Изменения угловой ориентации допускаются симметрией кристалла. В нашем случае можно предположить, что молекулы из ориентированных в направлении [211] становятся ориентированными в направлении [110] на (100) GaAs поверхности. Скорость, с которой происходят эти перескоки, определяется постоянной времени релаксации, выражаемой как

где ${{\nu }_{{\text{Д}}}}$ – дебаевская частота: собственная частота перескоков, выражаемая через максимальную частоту в спектре колебаний решетки, y – высота энергетического барьера между двумя возможными ориентациями. При приложении внешнего электрического поля и сжатии согласно [10] энергетические минимумы перестают быть эквивалентными и переходы способствуют повышению заселенности одного из них за счет заселенности другого. Если поле приложено в течение времени, достаточного для установления стационарного состояния, то отношение заселенностей для ориентаций 1 и 2 согласно соотношению $U = - \vec {P} \cdot \vec {E} = - PE\cos {{\theta }}$ и закону распределения Больцмана, имеет вид Разность заселенностей (N₂ – N₁) приводит к появлению объемной поляризации Р.

Из сказанного выше следует, что этот переход может осуществляться под воздействием суммарного электрического поля, формирующегося на поверхности GaAs в результате пластической деформации σ = 0.072 эВ и/или вследствие ориентационной поляризации φ = 0.066 эВ. Из данных, представленных на рис. 4 можно найти время полной релаксации исходного напряжения τ₀ = 231.3 с. Здесь τ, по-видимому, время перехода дефектов двойникования – фасеток (111)GaAs ↔ (100)GaAs. Таким образом, линейная составляющая частотной зависимости определяется эффектами всестороннего сжатия исходной поверхности и временем релаксации.

Следует отметить, что энергия активации изменения содержания As найдена равной q_As ≈ 0.036 эВ, т.е. изменение осуществляется с участием колебаний решетки с частотой, близкой к частоте длинноволновых оптических фононов, (см. рис. 2, табл. 1). Энергия активации изменения концентрации Ga (см. рис. 2) оказалась равной q_Ga ≈ 0.0086 эВ, что соответствует энергии поперечных акустических фононов.

3.2. Электромеханические напряжения

Поток энергии частиц. При f < 60 ГГц величина Ga/As в выражении (2) определяется величиной потока энергии заряженных частиц, определяемой временем релаксации [13, 15]. В этом случае, как известно, величина потока энергии частиц соответствует энергии, отнимаемой у движущихся дефектов по поверхности подложки осцилляторами подложки, имеющими собственную частоту, на которые в течение промежутка времени t действует сила. Эта сила, как известно, равна $\frac{t}{\tau }\delta W$, а величина $\frac{1}{\tau }\delta W$ является энергией, теряемой за единицу времени. Из уравнения (2) можно найти время релаксации напряжений τ₁ = 100 с и величины выделенной или поглощенной энергии, определяющие скорость соответствующих физикохимических реакций. Так, например, при f → 0 энергия активации изменения Ga/As соответствует Q = 0.41 эВ, что равно половине энергии образования GaAs [17].

Скорость потока энергии. При f > 60 ГГц зависимость (3) изменения отношения Ga/As от частоты имеет другой характер. Соотношение Ga/As, судя по всему, при облучении образца GaAs определяется скоростью потока энергии $\frac{1}{\tau }\delta W$ (интенсивностью) движущихся дефектов, связанной с изменением частоты колебаний решетки GaAs, время релаксации τ ~ 113 с. При f → 0 энергия активации изменения Ga/As равна Q = 0.254 эВ, что соответствует половине энергии однократной ионизации GaAs [14].

Полученные результаты прежде всего указывают на тот факт, что в первом случае поверхностный потенциал определяется величиной собственной проводимости: электронов и дырок, когда Q = W + E, W – энергия образования дефектов и Е – энергия электрического поля. Наблюдаемые изменения состава при этом являются следствием разогрева поверхности [19]. Во втором случае поверхностный потенциал определяется величиной примесной проводимости (дырок), причем Q = E. Пик при f ~ 63 ГГц является границей между горячей и холодной областями. Таким образом, изменение состава поверхности может быть как следствием, так и причиной изменения поверхностной энергии образцов.

Радиус кривизны поверхности. Помимо перечисленных выше явлений в результате изменения состава изменяется и радиус кривизны поверхности, что, как известно, приводит к накоплению или обеднению заряда в этих местах [11]. В результате изменения содержания галлия максимум кривизны поверхности достигается при f ~ 55 ГГц, а энергия активации соответствует 0.075 эВ. В то же время из графика изменения по As видно, что максимум изгиба поверхности формируется при f ~73 ГГц, а энергия активации ~ 0.064 эВ.

Энергетический зазор электронов. Любой объемный заряд при накоплении или обеднении зарядами, как следует из уравнения Пуассона, сопровождается возникновением электростатического потенциала [8].

Обращает на себя внимание тот факт, что при f ≤ 60 ГГц энергия активации изменения величины m_Ga/m_As совпадает с энергетическим зазором электронов ${{Q}_{1}}~\,\, = \left( {{{\varphi }_{n}}~\,\, - \,\,~{{\varepsilon }_{с}}} \right)\,\,~ = 0.41~\,\,{\text{эВ}}$ в GaAs. В этом случае движение приведенного волнового вектора осуществляется из Г(000) к Х(100), когда приведенный волновой вектор $\vec {r}$ = 0 [10]. При f ≥ 64 ГГц энергия активации изменения m_Ga/m_As соответствует Q₂ = 0.254 эВ и находится в корреляции с величиной энергетического зазора электронов в том случае, когда приведенный волновой вектор сдвигается из Г(000) к L(111). Следует учитывать, что на поверхности, находящейся под внешним воздействием, концентрация свободных электронов и дырок записывается как

где φ_n и φ_p – связаны с параметрами нормировки, имеющими размерность энергии и представляющие собой квазиуровни Ферми [10].

3.3. Воздействие излучений на атомно-молекулярном уровне

Атомная диффузия. Релаксационно-резонансный пик f ~ 63 ГГц, как оказалось, соответствует резонансной частоте атомных перескоков, происходящих посредством межузельной атомной диффузии, подобной наблюдаемым в [19]. Резонансная частота перескоков, судя по всему, равна

В случае f < 63ГГц (2) имеем

и Ф₂/RT = 2.74, а отсюда энергия активации изменения частоты будет ε₁ = 0.072 эВ, и это соответствует вероятности того, что атом получит избыточную энергию, достаточную для преодоления “горба” потенциальной энергии, чтобы совершить перескок между двумя соседними междоузлиями. При этом ионно-плазменная частота в GaAs [9] равна f₀ ≈ 9.8 × 10¹¹ с^–1, отсюда f ≈ 6.3 × 10¹⁰ с^–1.

В области f > 63 ГГц (3)

и Ф₃/RT = 2.28, Ф₃ = 0.059 эВ (0.029 × 2 эВ) и f₀ ≈ ≈ 1.27 × 10¹² с^–1, что соответствует частоте поперечных оптических колебаний в арсениде галлия. Отсюда:

Таким образом, при облучении поверхности миллиметровыми волнами на частоте до 75 ГГц в приповерхностном слое GaAs возникают высокочастотные оптические колебания решетки, причем в случае f ≤ 63 ГГц эти колебания близки к поперечным, a состояние f ≥ 63ГГц – длинноволновым оптическим фононам. То есть при частоте ~63 ГГц происходит дисперсия диэлектрической проницаемости.

На молекулярном уровне. Под воздействием электромагнитных излучений, как известно, может происходить деформация молекулярных электронных облаков, растяжение или сжатие молекул, а также их поворот [2, 12, 13], что может характеризоваться, в частности, таким параметром как диэлектрическая проницаемость ε. Оказалось, что и при f ≤ 63 ГГц, и при f ≥ 63 ГГц получаем $\left( {{{\ln {{f}_{0}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\ln {{f}_{0}}} {\ln f}}} \right. \kern-0em} {\ln f}}} \right) = {\varepsilon \mathord{\left/ {\vphantom {\varepsilon {{{\varepsilon }_{0}} = 1.08}}} \right. \kern-0em} {{{\varepsilon }_{0}} = 1.08}}$, что в свою очередь соответствует значению ω_L/ω_T [12]. При этом

где ω_T, ω_L – частота поперечных и продольных оптических колебаний соответственно, ε(0) – статическая диэлектрическая проницаемость, ε(∞) – высокочастотная (оптическая) диэлектрическая проницаемость, обусловленная смещением электронных облаков.

Смещение приведенного уровня Ферми. В области f ≤ 63 ГГц при

энергия активации изменения химического потенциала будет равна ${U \mathord{\left/ {\vphantom {U {RT}}} \right. \kern-0em} {RT}} \approx 1.46$, а величина энергии смещения приведенного уровня Ферми согласно [15] (табл. 2) – ${\mu \mathord{\left/ {\vphantom {\mu {RT}}} \right. \kern-0em} {RT}} \approx \sqrt {{U \mathord{\left/ {\vphantom {U {RT}}} \right. \kern-0em} {RT}}} = \sqrt {1.46} = 1.21$, что соответствует μ = +0.032 эВ.

В области f ≥ 63 ГГц при увеличении массы Ga в 2.7 раз по отношению к As выражение (3) может быть записано как

и тогда ${\mu \mathord{\left/ {\vphantom {\mu {KT}}} \right. \kern-0em} {KT}} \approx 1.322$, $\mu = 0.034$ эВ, что соответствует энергии сдвига уровня Ферми и изменению концентрации в слое GaAs (табл. 3) [13]. Отсюда следует вывод, что в процессе облучения происходит смещение уровня Ферми выше или ниже дна зоны проводимости. Изменяется электрохимический потенциал и величина поверхностного заряда, как это можно видеть из данных, представленных в табл. 2.

Переход электронов внутри зоны проводимости. Выделяемое или поглощаемое тепло за счет перемещения заряженных частиц, таких как электроны, ионы, дислокации, включая дрейф или диффузию в поле возникающих электромеханических напряжений, а также движения молекул или диполей, такие как растяжение–сжатие или поворот в электрическом поле (поляризация), распределяется анизотропно вдоль выделенных направлений. В GaAs этим направлением является [110] As как наиболее нестабильное.

Соотношение между величинами поглощенной или выделенной энергий для состояний 1) f < < 63 ГГц и 2) f > 63 ГГц определяется величинами углов между этими направлениями, связанными, в частности, с переориентациями решетки. В этом случае изменение углов, скорее всего, описывается хорошо известным выражением Рида–Шокли для энергии границ зерен [20]:

Первая часть этого выражения ${{E}_{0}}{{\theta }}A$ увеличивается с возрастанием угла, вторая часть –E₀θ ln θ = = E₀θ ln(1/θ) представляет собой энергию атомного несоответствия на единицу площади и является переменной. Эти функции дают в результате кривую, круто возрастающую при малых углах и достигающую максимума при θ = 25°.

Соотношение энергий активации изменения Ga/As для случаев 1 и 2 равно tg  θ = 0.072/0.059 = 1.2 и θ = 2 × 25°. При этом величина энергии активации изменения состояний 1 и 2, т.е., энергия активации изменения угла между выделенными направлениями равна ±(0.22–0.024) эВ.

Судя по энергиям, время переходов ~10^–12 с соответствует времени перескока электронов внутри зоны проводимости [10, 19]. Изгиб приповерхностного слоя, в свою очередь, также может являться причиной перехода электронов внутри зоны проводимости.

3.4. Движение дефектов и распределение векторов внутрикристаллических полей в приповерхностных слоях

Поскольку ионы галлия и мышьяка являются потенциалообразующими, то энергии активации изменения соотношения их масс позволяют судить не только о величине напряженности, но и о распределении векторов внутрикристаллических полей, что дает возможность определить соответствующие физико-механические реакции.

1. В области f ≤ 55 ГГц при $\frac{{{{m}_{{{\text{A - Ga}}}}}}}{{{{m}_{{{\text{A - As}}}}}}} = \frac{1}{{2.7}}\frac{{{{m}_{{{\text{A - Ga0}}}}}}}{{{{m}_{{{\text{A - As0}}}}}}}$ энергия активации изменения Ga/As, определяемая из выражения (2), составляет q₁ ~ 0.027 эВ (0.072 эВ/2.7) и соответствует энергии продольных оптических фононов. В этом случае, судя по всему, происходит растяжение молекул приповерхностного слоя за счет увеличения расстояния между ионами As^─ и Ga⁺ в направлениях [110]Ga и [110]As, т.е. осуществляется перемещение вектора встроенного электрического поля [100]GaAs. Движение заряженных частиц – электронов и дырок (помимо ионов) – происходит преимущественно в измененном направлении [100]GaAs. Перпендикулярно к нему изменяется и положение вектора механического напряжения. Вектор плоскости скольжения, формирующейся как результат изменения вязкости, стремится занять место, параллельное направлению механического напряжения.

2. В области 55…63 ГГц при $\frac{{{{m}_{{{\text{A - Ga}}}}}}}{{{{m}_{{{\text{A - As}}}}}}} = 2.7\frac{{{{m}_{{{\text{A - Ga0}}}}}}}{{{{m}_{{{\text{A - As0}}}}}}}$ из выражения (2) можно найти q₂ ~ 0.024 эВ (0.066 эВ/2.7), что соответствует энергии продольных акустических фононов и объясняется воздействием миллиметровой (мм) волны на скорость движущихся электронов. Когда время жизни электронов совпадает с частотой электромагнитных волн вследствие резонансного эффекта, возникает разогрев поверхности преимущественно в направлении [100] GaAs, являющимся направлением встроенного электрического поля. Наибольшее растяжение наблюдается в этом же направлении. Вектор плоскости скольжения, в свою очередь, стремится занять положение, параллельное направлению механического напряжения. Вслед за ним изменяется и направление вектора встроенного электрического поля.

3. В области f ≥ 63 ГГц, при $\frac{{{{m}_{{{\text{A - Ga}}}}}}}{{{{m}_{{{\text{A - As}}}}}}} = \frac{1}{{2.7}}{\text{ln}}\frac{{{{m}_{{{\text{A - Ga0}}}}}}}{{{{m}_{{{\text{A - As0}}}}}}}~$ согласно с (3) энергия активации изменения свободной энергии поверхности становится равной q₃ ~ 0.008 эВ (0.066 эВ/2.7²), что соответствует энергии поперечных акустических фононов. Откуда следует, что при воздействии электромагнитных волн на заряженные частицы (в этом случае дырки) вследствие резонансного эффекта приповерхностный слой охлаждается в направлении [100]. В результате в этом направлении осуществляется сжатие приповерхностного слоя. Вектор плоскости скольжения стремится к направлению, перпендикулярному линиям напряженности электрического поля. Вслед за ним также изменяется положение вектора встроенного электрического поля.

Таким образом, энергия активации физико-механических реакций, протекающих одновременно, сопровождается взаимосвязанными изменениями направлений вектора напряженностей встроенного электрического поля (решеточное поглощение) и механических напряжений (рассеяние на электронах и дырках) на поверхности. Полученные результаты, кроме того, указывают на тот факт, что в первых двух случаях поверхностный потенциал определяется величиной собственной проводимости – электронов и дырок, а в третьем случае – величиной примесной проводимости, дырок [19].

В табл. 3 приведены полученные в данной работе энергетические характеристики электрохимико-механических реакций, возникающих в приповерхностном слое GaAs под воздействием СВЧ-поля в зависимости от частоты.

3.5 . Электронная и акустическая эмиссия

Эмиссия электронов. Вероятность электронной эмиссии связана, скорее всего, с появлением свободной энергии вследствие переходов растяжение–сжатие с последующим ориентационными переходами (100)GaAs ↔ (111)GaAs, сопровождаемыми изменением величины работы выхода электронов помимо изменения радиуса кривизны поверхности. Суммарная величина энергии, достигаемая за счет сложения выделяемых при этих переходах энергий, становится равной пороговой энергии фотоэмиссии $h{{\nu }_{0}} \geqslant 5.5$ эВ [14]. Следует отметить, что при f < 55 ГГц электроны удаляются с поверхности арсенида галлия в окружающую среду, скорее всего, посредством механизма автоэлектронной эмиссии. При увеличении $\frac{{{{m}_{{{\text{A - Ga}}}}}}}{{{{m}_{{{\text{A - As}}}}}}}$ в 2.7 раз энергия потока электронов соответствует энергии вероятности изменения колебаний решетки Ф ~ +0.11 эВ, при этом поверхность разогревается. При 55 ГГц < f > 63 ГГц и увеличении $\frac{{{{m}_{{{\text{A - Ga}}}}}}}{{{{m}_{{{\text{A - As}}}}}}}$ в 2.7 раз электроны удаляются с поверхности GaAs посредством термоэлектронной эмиссии, поверхность нагревается в меньшей степени. При f > 60 ГГц происходит инжекция электронов с поверхности в объем полупроводника, поверхность GaAs охлаждается.

Изменение внутренней термодинамической температуры. Поскольку нарушенный подслой GaAs в качестве подкладки обладает плохой тепло- и электропроводностью, в результате физико-химических процессов приповерхностный слой GaAs может как разогреваться, так и охлаждаться. Причиной могут быть физико-химические процессы, такие как:

1) движение заряженных частиц под воздействием мм-волн;

2) присоединение атомов Ga и As к решетке арсенида галлия;

3) превращение ионов галлия и мышьяка, поступающих на поверхность GaAs, в нейтральные атомы с выделением энергии;

4) электронная и акустическая эмиссия.

Величина двойного электрического слоя. Как следует из изложенного выше, повышение внутренней термодинамической температуры за счет движения ионов и изгиба поверхности в области f ≤ 55 ГГц способствуют эмиссии электронов. Электроны в виде облака удерживаются вблизи поверхности полупроводника, изменяя величину и знак двойного электрического слоя. В то же время формирование электронного облака замедляет эмиссию. В области 55 ГГц ≤ f ≤ 63 ГГц наряду с эмиссией и образованием электронного облака увеличивается время жизни и длина свободного пробега электронов в приповерхностном слое GaAs за счет уменьшения их количества. В результате дрейфа электронов поверхность GaAs разогревается и осуществляется переход (100)GaAs → (111)GaAs. Поскольку работа выхода в (111)GaAs больше (100)GaAs [14], поверхность GaAs обогащается электронами. При f = 63 ГГц потенциал двойного электрического слоя на границе электронное облако–полупроводник стремится к нулю. В результате при f ≥ 63 ГГц осуществляется обратный переход (111)GaAs → (100)GaAs.

3.6. Фононный спектр

Результатом возмущения электрического потенциала на границе с окружающей средой является нарушение равновесного распределения фононов, уже существующих в кристалле при комнатной температуре. За счет перераспределения их по спектру энергий выделяется преимущественная (резонансная) частота и возникает акустическая волна. Это дает возможность предположить, что мм-волны воздействуют на движение заряженных частиц (дефектов), таких, например, как электроны в связке с положительно заряженными вакансиями ${\text{As}}_{v}^{ + }$ и ионами Ga⁺ или дырки в паре с отрицательно заряженными вакансиями ${\text{Ga}}_{v}^{ - }$ и ионами As^–, включая дислокации.

Вблизи поверхности GaAs как пьезоэлектрика при этом возбуждается два вида упругих колебаний. Первый – за счет наличия слоя оксида на основе Ga₂O₃ + As₂O₃ + GaAsO₄ [6], имеющего вид резонансного преобразователя пластинчатого типа малой толщины из-за эффектов электрострикции и/или пьезоэлектричества. Второй – нерезонансный метод возбуждения гиперзвука как результат скачка диэлектрической проницаемости кристалла. Это приводит к появлению на его поверхности зарядов, меняющихся с частотой поля и вызывающих переменную пьезоэлектрическую деформацию, которая в виде продольной или сдвиговой упругой волны распространяется по кристаллу. Нелинейное взаимодействие этих вынужденных колебаний приводит к образованию третьей волны [21]. Вследствие взаимодействия акустических волн, возбуждаемых в резонаторных пластинках (оксида и нарушенного слоя GaAs), энергии волн могут увеличиваться (складываться) или уменьшаться (вычитаться) как следствие фонон-фононного взаимодействия, как показано ниже.

1. В области f ≤ 55 ГГц значение энергии соответствует

что является результатом фонон-фононного взаимодействия.

2. При 55 ГГц ≤ f ≤ 65 ГГц выполняется соотношение

что является результатом электрон-фононного взаимодействия, в согласии с условиями синхронизма.

3. Для f ≥ 65 ГГц энергия результирующей волны соответствует

что также является результатом электрон-фононного взаимодействия с участием дырок.

Сравнение с данными, представленными в таблице разрешенных колебаний в [15] для различных плоскостей, показывает, что смена выделяющихся энергий результирующих колебаний соответствует процессу смены поверхностной ориентации. Кроме того, вследствие реакций взаимодействия типа “деформация–электрическое поле” появляются акустические и электроакустические волны на комбинационных частотах [15, 21]. Смещение атомов решетки при этом приводит к воздействию волны на свободные электроны полупроводника.

Таким образом, в рассматриваемом случае воздействие мм-волн осуществляется с помощью таких механизмов как:

1) потенциал-деформационный механизм, за счет изменения ширины запрещенной зоны полупроводника и работы выхода электронов при переходе плоскости (100) ↔ (111),

2) пьезоэлектрический механизм как следствие воздействия акустической волны на электроны проводимости, который, как известно, является наиболее эффективным на частотах до 10¹¹ Гц [20].