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半导体中的晶格振动(声子)频率可以高达1014 Hz,有很强的光学和声学声子振动模式,也很容易通过电和光的方法实现声子的激发。所以本论文侧重研究在半导体材料如砷化镓中通过外加电场的方法来产生放大的声子激发,以及所产生的放大声子的特性。
本论文研究了三维砷化镓系统通过外加电场的方法来实现声子的激发。将极化半导体材料砷化镓置于直流电场中,电子被加速和加热,电子在运动过程中遭到的主要散射机制为晶格振动(声子)的散射。本论文的研究工作主要经过以下步骤:(1)我们用费米黄金定律来描述电子声子交互作用引起的电子的跃迁几率。(2)用波尔兹曼输运方程来描述在外加电场下电子对外场的响应,然后推导出动量和动能平衡方程。(3)通过求解自洽的动量和动能平衡方程,得到系统中的电子漂移速度和温度关于电场强度的函数。(4)将得到的电子漂移速度和温度带入动能平衡方程然后得到声子分布函数,这样就得到在特定电场下的声子发射频率和声子发射角下的声学声子发射强度的特性。
本论文的研究结果表明:将极化半导体砷化镓置于电场中,电子漂移速度对电场的响应在线性区域内,就能超过砷化镓材料中的声速,这意味着材料中很容易产生Cerenkov声子发射。在电激发的声学声子发射中,声子的频率ωQ~1 THz。这表明砷化镓可以作为高频超声波声源。最重要的是,我们的理论研究得到在声子发射中,横声学声子强度超过纵声学声子强度。首次从理论方面解释了1995发现的声子发射现象。