Электрон-фононное увлечение, нормальные процессы рассеяния квазичастиц и кинетические эффекты в металлах и полупроводниках

• Автор: Кулеев, Игорь Гайнитдинович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 251 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ
Глава I. ЭФФЕКТЫ ВЗАИМНОГО УВЛЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ И ФОНОНОВ И ЭЛЕКТРОННЫЙ ПЕРЕНОС В ПРОВОДНИКАХ С ВЫРОЖДЕННОЙ СТАТИСТИКОЙ НОСИТЕЛЕЙ ТОКА.
1.1 Электрон-фононное увлечение, термоэлектрические эффекты и теплопроводность проводников с вырожденной статистикой носителей тока.
1.1.1 Система кинетических уравнений для неравновесных электрон -фоионных систем.
1.1.2 Решение интегрального уравнения для электронной функции распределения.
1.1.3 Вычисление кинетических коэффициентов и анализ соотношений Онзагера.
1.2 Кинетические коэффициенты неравновесных электрон-фононных систем проводников в классических магнитных полях.
1.2.1 Система кинетических уравнений для неравновесной электрон-фононной системы в магнитном поле.
1.2.2 Решение интегрального уравнения для электронной функции распределения.
1.2.3 Кинетические коэффициенты проводников в магнитном поле и анализ соотношений Онзагера.
1.3 Влияние взаимного увлечения электронов и фононов на термомагнитные явления в проводниках с вырожденной статистикой носителей тока.
1.3.1 Термомагнитные и термоэлектрические эффекты в изотермических условиях.
1.3.2 Термомагнитные эффекты в адиабатических условиях.
1.3.3 Низкотемпературные аномалии термомагнитных эффектов в кристаллах ^БеТе.
1.4 Обсуждение результатов
1.5 Выводы.
Глава II НОРМАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ЭЛЕКТРОН-ЭЛЕКТРОННОГО И ФОНОН-ФОНОННОГО РАССЕЯНИЯ И КИНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В МЕТАЛЛАХ И ПОЛУПРОВОДНИКАХ.
2.1 Система кинетических уравнений для неравновесной электрон-фононной системы с учетом нормальных процессов рассеяния квазичастиц.
2.2 Решение системы кинетических уравнений для вырожденных полупроводников.
2.3 Решение системы кинетических уравнений для металлов.
2.4 Электропроводность и термоэдс вырожденных проводников.
2.5 Расчет электронного и фоношюго потоков тепла и анализ соотношений Онзагера
.2.6 Нормальные процессы фонон-фононного рассеяния и решеточная теплопроводность кристаллов германия с различным изотопическим составом.
2.6.1 Решеточная теплопроводность кристаллов германия для двух вариантов релаксации импульса фононов в Т4-процессах.

2.6.2 Сравнение результатов расчета теплопроводности германия с 82 различным изотопическим составом с экспериментальными данными.
2.7 Обсуждение результатов
2.8 Выводы
Глава III НОРМАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ РАССЕЯНИЯ КВАЗИЧАСТИЦ И 94 ТЕРМОМАГНИТНЫЕ ЭФФЕКТЫ В МЕТАЛЛАХ.
3.1 Решение кинетических уравнений для неравновесной электрон- 95 фононной системы металла в магнитном поле с учетом нормальных процессов рассеяния квазичастиц.
3.2 Влияние нормальных процессов рассеяния квазичастиц на гальвано- 97 магнитные и термоэлектрические эффекты в металлах.
3.3 Электронный и фононный потоки тепла и анализ соотношений 99 Оизагера
3.4 Термомагнитные эффекты в металлах в изотермических условиях
3.5 Термомагнитные эффекты в ме таллах в адиабатических условиях
3.6 Гальваномагнитные эффекты в металлах в адиабатических условиях
3.7 Анализ эффекта Риги-Ледюка в щелочных металлах
3.8 Обсуждение результатов
3.9 Выводы
ГЛАВА IV. ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ПЕРЕНОСА В КРИСТАЛЛАХ Нс8е, 117 СОДЕРЖАЩИХ ПРИМЕСИ ЖЕЛЕЗА СО СМЕШАННОЙ ВАЛЕНТНОСТЬЮ.
4.1 Физические свойства кристаллов 1^8е:Ее.
4.1.1 Примесные состояния в полупроводниках АИВУ1 и физические 119 свойства твердых растворов Н§8е:Ее.
4.1.2 Низкотемпературные аномалии физических свойств кристаллов 123 Нё8е:Ге.
4.2 Время релаксации электронов в кристаллах ^8е:Ее при рассеянии на 126 системе ионов со смешанной валентностью.
4.3 Модель короткодействующих корреляций.
4.3.1 Пространственное упорядочение и парные функции распределе- 129 ния.
4.3.2 Модельное описание пространственного упорядочения в ССВ 136 ионов железа.
4.3.3 Уравнение баланса частиц и зависимость радиуса корреляцион- 138 ной сферы от содержания примесей железа.
4.3.4 Изменение кулоновской энергии взаимодействия ионов Ее3+ при 146 упорядочении.
4.3.5.Парциальные функции распределения системы ионов со смешан- 147 ной валентностью.
4.4 Интерференция рассеяния электронов на системе ионов железа со 153 смешанной валентностью и подвижность электронов в кристаллах Нв8е:Ее.
4.4.1 Эффект ослабления рассеяния электронов на КСИ Ее3- и завися- 154 мость подвижности электронов от содержания примесей железа.

4.4.2 Нарушение правила Маттиссена при рассеянии электронов на ССВ Ре3+-Ре2+.
4.5. Температурная зависимость подвижности и проблема основного состояния системы ионов железа со смешанной валентностью в кристаллах Щ8е:Ге.
4.5.1 Температурная зависимость подвижности при рассеянии на флуктуациях плотности заряда и корреляционная длина.
4.5.2 Корреляционный потенциал и щель в плотности примесных ё-состяний.
4.6 Влияние всестороннего давления на подвижность электронов в кристаллах Нд8е: Те.
4.7 Термомагнитные эффекты и неупругое рассеяние электронов в кристаллах Е^Де^е.
4.7.1 Зависимость эффектов Нернста-Эттингсгаузена от концентрации примесей железа.
4.7.2 Неупругое рассеяние электронов в кристаллах Н^8с:Те.
4.7.3 Зависимость эффективного Лоренц-фактора от температуры и концентрации примесей железа в кристаллах Г^8е:Те.
4.8 Обсуждение результатов.
4.9 Выводы.
Глава V. ЭЛЕКТРОННЫЙ ПЕРЕНОС В КРИСТАЛЛАХ НЕ8е:Те,Оа, СОДЕРЖАЩИХ ПРИМЕСИ ЖЕЛЕЗА СО СМЕШАННОЙ ВАЛЕНТНОСТЬЮ.
5.1 Подвижность электронов в кристаллах Н§8е:Те,Оа, содержащих как пространственно коррелированные, так и неупорядоченные примеси.
5.1.1 Результаты экспериментальных исследований.
5.1.2 Влияние хаотической совокупности примесей галлия на пространственное упорядочение ионов Ье +.
5.1.3 Расчет подвижности электронов в кристаллах 1^8е:Те,Оа.
5.1.4 Сравнение результатов расчета с экспериментальными данными.
5.2 Поперечный эффект Нериста-Эттингсгаузена в кристаллах Р^8е:Ре,Оа.
5.2.1 Результаты экспериментальных исследований.
5.2.2 Время релаксации электронов в кристаллах ^8е:Те.Оа.
5.2.3 Расчет поперечного эффекта Нернста - Эттингсгаузена в кристаллах Щ8е:Те,Оа.
5.2.4 Сравнение результатов расчета с экспериментальными данными.
5.3 Обсуждение результатов.
5.4 Выводы.

формуле (1.51), - в фоноиный поток тепла. В результате такого разделения выражения для кинетических коэффициентов принимают вид:
Тя=ТРт (1.52)
с=4Ма-4+дщ]+ч*(Ф^Д4-А)1)-
где /Зхх определяется выражением (1.44). Итак, из непосредственного расчета мы убедились, что соотношения Онзагера для кинетических коэффициентов ухх и /Зхх выполняются при учете взаимного влияния нсравновссноеш электронов и фононов. Это говорит в пользу того, что наш метод позволяет корректно учесть эффекты взаимного увлечения электронов и фононов при вычислении кинетических коэффициентов вырожденных проводников. Отметим, что предположение о малости параметра Г, характеризующего степень взаимного влияния не-равновесности электронов и фононов, не использовалось.
Электронная теплопроводность обычно находится при условии )х=0. В этом случае электронный поток тепла пропорционален градиенту температуры
Л/(! ~-кс^Т, где ке =кехх-Т/Зхха . (1-53)
Из выражений (1.52), (1.44) и (1.42) находим:
=(,5;0,г{(1~Г)[1+(Д1,гс, +2ад]}- (>-54)

Заметим, что в полной теплопроводности ю=крьА-ке вклад электрон-фононного увлечения, пропорциональный (Ар/,)2, сокращается:
к = к+ 10сг№Г{1 + [ПФГС2 +2Лр1,(0{Ол - Ц )]}■ (1.55)
Это является следствием того, что увеличение фононной теплопроводности за счет импульса, передаваемого от электронов фононам, компенсируется благодаря обратному процессу. Как и в случае термоэдс, при )х=0 эффект взаимного влияния неравновесности электронов и фононов приводит к перенормировке только диффузионного вклада в теплопроводность. Как видно из сравнения выражений (1.43) и (1.54), соотношение Видемаиа-Фраица при учете эффектов увлечения электронов фононами (Арн) и взаимного увлечения (Г) не выполняется из-за неупругосги рассеяния электронов фононами. В приближении упругого рассеяния (Ар/,=0 и .Г=0) соотношение Видемана-Франца выполняется. Из формул (1.43) и (1.54) можно определить эффективный Лоренц-фактор Ь*=Ь/Ьо. Пренебрегая членами, пропорциональными параметру вырождения, получим: