Неравномерное распределение неравновесных носителей зарядов сопровождается их диффузией в сторону меньшей концентрации. Такое движение обусловливает появление электрического тока, называемого диффузионным. Этот ток, так же как и ток проводимости, может быть электронным и дырочным. Главной характеристикой диффузии служит плотность диффузионного тока iдиф - количество носителей заряда, переносимых в единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению переноса. Плотности диффузионных токов определяются законом Фика:
Плотность диффузионного тока
Где
q - заряд носителя;
Dn, Dp - коэффициенты диффузии;
dn/dx, dp/dx - градиенты концентрации;
Градиент концентрации характеризует, насколько сильно изменяется концентрация носителей вдоль оси x (т.е. каково изменение концентрации на единицу длины). Если разности нет, то градиент равен нулю и ток диффузии не возникает. Чем больше изменение концентрации на данном расстоянии, тем больше ток диффузии.
Коэффициенты диффузии - это количество носителей заряда, пересекающих в единицу времени единичную площадку, перпендикулярную к выбранному направлению, при градиенте концентрации в этом направлении, равном единице. Эти величины связаны с параметрами дрейфового движения соотношением Эйнштейна:
Связь коэффициентов диффузии с подвижностью носителей (соотношения Эйнштейна)
Где
D - коэффициент диффузии;
μ - подвижность заряженных частиц;
Эти условия выполняются только для невырожденных полупроводников.
φт называется тепловым потенциалом.
Влияние температуры на коэффициент диффузии. Как видно из приведённой формулы, с увеличением температуры возрастает температурный потенциал. Это приводит к увеличению значения коэффициента диффузии.
Зависимость коэффициента диффузии от температуры
Где D0 - коэффициент диффузии при температуре T0.
От типа заряда коэффициент диффузии зависит, так как у электронов и дырок разные значения подвижности. Всё зависит от конкретного случая, см. подвижность носителей заряда. В первую очередь подвижность зависит от эффективной массы носителей заряда. Кроме того, как правило, подвижность электронов выше, чем подвижность дырок. Материал полупроводника также влияет на подвижность заряженных частиц. Так, в германии подвижность частиц выше, чем в кремнии, следовательно, для германия коэффициент диффузии будет выше. Зависимость от концентрации примесей можно определить следующим образом:
Зависимость коэффициента диффузии от концентрации примесей
Где D0 - коэффициент диффузии при концентрации примесей N0.
Диффузионная длина - это расстояние, на котором плоский диффузионный поток неравновесных носителей заряда (в отсутствие электрического поля) уменьшается в e раз. Имеет смысл среднего расстояния, на которое смещаются носители заряда вследствие диффузии за время их жизни:
Диффузионная длина
Из данной формулы видно, что диффузионная длина зависит от коэффициента диффузии. Изменение различных условий приводит к изменению коэффициента диффузии, вследствие чего изменяется диффузионная длина.
В условии не указано направление силовых линий поля - вертикально вверх или вниз? Поэтому заряд может быть определён с точностью до знака.
По условию сила тяжести, действующая отвесно вниз, уравновешена силой поля, которая должна действовать вертикально вверх. При этом модули этих сил равны.
На заряд q со стороны поля E действует сила, модуль которой равен |q||E|. Модуль силы тяжести равен mg.
Неравномерное распределение неравновесных носителей зарядов сопровождается их диффузией в сторону меньшей концентрации. Такое движение обусловливает появление электрического тока, называемого диффузионным. Этот ток, так же как и ток проводимости, может быть электронным и дырочным. Главной характеристикой диффузии служит плотность диффузионного тока iдиф - количество носителей заряда, переносимых в единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению переноса. Плотности диффузионных токов определяются законом Фика:
Плотность диффузионного тока
Где
q - заряд носителя;
Dn, Dp - коэффициенты диффузии;
dn/dx, dp/dx - градиенты концентрации;
Градиент концентрации характеризует, насколько сильно изменяется концентрация носителей вдоль оси x (т.е. каково изменение концентрации на единицу длины). Если разности нет, то градиент равен нулю и ток диффузии не возникает. Чем больше изменение концентрации на данном расстоянии, тем больше ток диффузии.
Коэффициенты диффузии - это количество носителей заряда, пересекающих в единицу времени единичную площадку, перпендикулярную к выбранному направлению, при градиенте концентрации в этом направлении, равном единице. Эти величины связаны с параметрами дрейфового движения соотношением Эйнштейна:
Связь коэффициентов диффузии с подвижностью носителей (соотношения Эйнштейна)
Где
D - коэффициент диффузии;
μ - подвижность заряженных частиц;
Эти условия выполняются только для невырожденных полупроводников.
φт называется тепловым потенциалом.
Влияние температуры на коэффициент диффузии. Как видно из приведённой формулы, с увеличением температуры возрастает температурный потенциал. Это приводит к увеличению значения коэффициента диффузии.
Зависимость коэффициента диффузии от температуры
Где D0 - коэффициент диффузии при температуре T0.
От типа заряда коэффициент диффузии зависит, так как у электронов и дырок разные значения подвижности. Всё зависит от конкретного случая, см. подвижность носителей заряда. В первую очередь подвижность зависит от эффективной массы носителей заряда. Кроме того, как правило, подвижность электронов выше, чем подвижность дырок. Материал полупроводника также влияет на подвижность заряженных частиц. Так, в германии подвижность частиц выше, чем в кремнии, следовательно, для германия коэффициент диффузии будет выше. Зависимость от концентрации примесей можно определить следующим образом:
Зависимость коэффициента диффузии от концентрации примесей
Где D0 - коэффициент диффузии при концентрации примесей N0.
Диффузионная длина - это расстояние, на котором плоский диффузионный поток неравновесных носителей заряда (в отсутствие электрического поля) уменьшается в e раз. Имеет смысл среднего расстояния, на которое смещаются носители заряда вследствие диффузии за время их жизни:
Диффузионная длина
Из данной формулы видно, что диффузионная длина зависит от коэффициента диффузии. Изменение различных условий приводит к изменению коэффициента диффузии, вследствие чего изменяется диффузионная длина.
1). 684км/ч=19м/с
А=25е
mV^2/2-m19^2/2=25e
v^2=(19^2+50e/m)=19^2+50*10^11
V=2,2*10^6м/c.
2). Заряд конденсатора: q = 8 мкКл = 8 × 10-6 Кл
Расстояние между пластинами: d = 1 см = 0.01 м
Напряжённость поля: E = 4 кВ/м = 4000 В/м
Ёмкость конденсатора: C - ?
Напряжение между пластинами: U = Ed
C = q/U = q/(Ed) = 8 × 10-6/(4000 × 0.01) = 0.2 × 10-6 Ф =
= 0.2 мкФ
ответ: C = 0.2 мкФ
3).Масса пылинки: m = 0.1 мг = 10-7 кг
Ускорение своббодного падения: g = 10 м/с²
Напряжённость поля: E = 4 × 105 Н/Кл.
Заряд пылинки: q - ?
В условии не указано направление силовых линий поля - вертикально вверх или вниз? Поэтому заряд может быть определён с точностью до знака.
По условию сила тяжести, действующая отвесно вниз, уравновешена силой поля, которая должна действовать вертикально вверх. При этом модули этих сил равны.
На заряд q со стороны поля E действует сила, модуль которой равен |q||E|. Модуль силы тяжести равен mg.
Условие равновесия: |q||E| = mg
И |q| = mg/|E| = 10-7 × 10/(4 × 105) = 2.5 × 10-12 Кл = 2.5 пКл
Так как электрическая сила должна действовать вверх, то
q = +2.5 пКл, если силовые линии поля направлены вверх и
q = -2.5 пКл, если вниз.
Объяснение: