Ridley-Watkins-Hilsumova teorie je teorie ve fyzice pevných látek , která vysvětluje mechanismus, kterým se v objemovém polovodičovém materiálu vyvíjí rozdílový záporný odpor , když je na svorky vzorku aplikováno napětí [1] . Základem je funkce Gunnovy diody , stejně jako několika dalších mikrovlnných polovodičových zařízení, která se v praxi používají v elektronických generátorech k výrobě mikrovlnné energie. Je pojmenován podle britských fyziků Briana Ridleyho [2] , Toma Watkinse a Cyrila Hilsuma , kteří teoreticky popsali účinek v roce 1961 .
Oscilace záporného diferenciálního odporu v objemových polovodičích byly pozorovány v laboratoři Johnem Gannem v roce 1962 [3] , a proto byly nazývány „Gannův efekt“, ale v roce 1964 fyzik Herbert Kroemer poukázal na to, že Gannova pozorování lze vysvětlit pomocí Ridleyho. -Watkins-Hilsumova teorie [4] .
Ridley-Watkins-Hilsumův mechanismus je v podstatě přenos vodivostních elektronů v polovodiči z údolí s vysokou pohyblivostí do údolí s nižší pohyblivostí a vyšší energií. Tento jev lze pozorovat pouze u materiálů s takovými strukturami energetických pásů .
Typicky ve vodiči způsobuje zvýšení elektrického pole vyšší rychlosti nosičů náboje (obvykle elektrony) a má za následek vyšší proud podle Ohmova zákona . Ve vícevalovém polovodiči však mohou elektrony s vyšší energií přejít do stavů v jiném údolí, kde mají ve skutečnosti vyšší efektivní hmotnost a tím se při stejné energii zpomalit. Ve skutečnosti to způsobí snížení rychlosti a snížení proudu s rostoucím napětím. Během přenosu proud v materiálu klesá, to znamená, že se objevuje záporný diferenciální odpor. Při vyšších napětích se normální nárůst poměru proudu k napětí obnoví poté, co většina nosičů vstoupí do údolí s větší efektivní hmotou. Proto se záporný diferenciální odpor vyskytuje pouze v omezeném rozsahu napětí.
Z typů polovodičových materiálů, které splňují tyto podmínky, je nejvíce studován a používán arsenid galia (GaAs). Ridley-Watkins-Hilsumův mechanismus je však pozorován u fosfidu india (InP), teluridu kadmia (CdTe), selenidu zinku (ZnSe) a arsenidu india (InAs) za hydrostatického nebo jednoosého tlaku.