Дрейфовый ток

В физике конденсированной сред и электрохимии , дрейф ток является электрическим током или движение носителей заряда , который из - за приложенным электрическое поле , часто указываются как электродвижущая сила над заданной дистанцией. Когда к полупроводниковому материалу прикладывают электрическое поле, из-за потока носителей заряда возникает ток.

Скорость дрейфа - это средняя скорость носителей заряда в дрейфовом токе. Скорость дрейфа и результирующий ток характеризуются подвижностью ; для получения подробной информации см. подвижность электронов (для твердых тел) или электрическую подвижность (для более общего обсуждения).

См. Уравнение дрейфа-диффузии, чтобы узнать , как дрейфовый ток, диффузионный ток , генерация и рекомбинация носителей заряда объединяются в одно уравнение.

Обзор [ править ]

Дрейфовый ток - это электрический ток, вызванный притягиванием частиц электрическим полем. Этот термин чаще всего используется в контексте электронов и дырок в полупроводниках , хотя то же понятие применимо и к металлам, электролитам и так далее.

Дрейфовый ток вызывается электрической силой : заряженные частицы толкаются электрическим полем. Электроны, будучи отрицательно заряженными, толкаются в направлении, противоположном электрическому полю, в то время как дырки толкаются в том же направлении, что и электрическое поле, но в результате обычный ток направлен в том же направлении, что и электрическое поле в обоих случаях.

Если электрическое поле приложить к электрону в вакууме, электрон будет ускоряться все быстрее и быстрее, примерно по прямой линии. Дрейфовое течение выглядит совсем иначе, чем это вблизи. Обычно электроны беспорядочно движутся во всех направлениях ( броуновское движение ), часто меняя направление при столкновении с границами зерен или другими возмущениями. Между столкновениями электрическое поле слегка ускоряет их в одном направлении. Таким образом, со временем они движутся со средней дрейфовой скоростью , но в любой момент электроны движутся с тепловой скоростью (обычно намного большей) .

Величина дрейфового тока зависит от концентрации носителей заряда и их подвижности в материале или среде.

Дрейфовый ток в зависимости от диффузионного [ править ]

Дрейфовый ток часто возникает одновременно с диффузионным током ; в следующей таблице сравниваются две формы тока:

Дрейфовый ток	Диффузионный ток
Дрейфовый ток вызывается электрическими полями.	Диффузионный ток вызван изменением концентрации носителей.
Направление дрейфового тока всегда совпадает с направлением электрического поля.	Направление диффузионного тока зависит от градиента концентрации носителей.
Подчиняется закону Ома :${\ Displaystyle J = д \ ро \ му E}$	Подчиняется закону Фика :${\ displaystyle J = -qD {\ frac {d \ rho} {dx}}}$

Дрейфовый ток в диоде с pn переходом [ править ]

В диоде с pn переходом электроны и дырки являются неосновными носителями заряда в p-области и n-области соответственно. В несмещенном переходе из-за диффузии носителей заряда диффузионный ток, который течет из области p в n, точно уравновешивается равным и противоположным дрейфовым током. ^[1] В смещенном p-n переходе ток дрейфа не зависит от смещения, так как количество неосновных носителей не зависит от смещающих напряжений. Но поскольку неосновные носители заряда могут генерироваться термически, дрейфовый ток зависит от температуры.

Когда к полупроводниковому материалу прикладывается электрическое поле, носители заряда достигают определенной скорости дрейфа. Этот комбинированный эффект движения носителей заряда составляет ток, известный как «ток дрейфа». Плотность дрейфового тока из-за носителей заряда, таких как свободные электроны и дырки, представляет собой ток, проходящий через квадратный сантиметр площади, перпендикулярной направлению потока.

(i) Плотность дрейфового тока J _n , обусловленного свободными электронами, определяется как:

${\ displaystyle J_ {n} = qn \ mu _ {n} E \ quad (A / cm ^ {2})}$

(ii) Плотность дрейфового тока J _p , обусловленного дырками, определяется как pn переход, поскольку ${\ displaystyle J_ {p} = qp \ mu _ {p} E \ quad (A / cm ^ {2})}$

Где: n - количество свободных электронов на кубический сантиметр.

p - Количество отверстий на кубический сантиметр

${\ displaystyle \ mu _ {n}}$ - Подвижность электронов в ${\ displaystyle cm ^ {2} / Vs}$

${\ displaystyle \ mu _ {p}}$ - Подвижность дырок в ${\ displaystyle cm ^ {2} / Vs}$

E - Напряженность приложенного электрического поля в В / см

q - Заряд электрона = 1,6 × 10 ⁻¹⁹ кулонов. [1]

^[2]

Ссылки [ править ]