מהו זרם דיפוזיה במוליכים למחצה ונגזרותיו

זרם הדיפוזיה נוצר בעיקר ב מוליכים למחצה איפה שהסמים אינם עקביים. אז כדי שהסמים יהיו עקביים, נשאי המטען זורמים בתוך זה מתרחש מאזור הריכוז הגבוה לריכוז נמוך. אז זה מכונה זרם דיפוזיה. באופן כללי, תהליך זה אינו מתרחש במוליכים. הפונקציה העיקרית של זרם זה בתוך מוליכים למחצה נובעת מהזרם השולט בצומת. במצב היציבות, זרמי הרשת הם אפס מכיוון שהזרם הקדמי אינו משוחד דרך זרם ההיסחף ההפוך אולם שני הזרמים כמו סחף ודיפוזיה נמצאים באזור הדלדול. מאמר זה דן בסקירה כללית של למה אתה מתכוון בזרם דיפוזיה והנוסחה שלה.

מהו זרם דיפוזיה?

הַגדָרָה: ניתן להגדיר את זרם הדיפוזיה כמובילי המטען שבתוכם מוליך למחצה כמו חורים או אלקטרונים שזורמים ממצב ריכוז גבוה למצב ריכוז נמוך. האזור שבו ניתן למצוא מספר אלקטרונים ידוע כריכוז גבוה יותר ואילו האזור שבו מספר אלקטרונים נמוך יכול להיות נוכח נקרא ריכוז נמוך. ניתן לייצר את זרימת הזרם בגלל זרימת נושאות המטען מאזורים גבוהים לאזורים נמוכים. תהליך הדיפוזיה מתרחש בעיקר בתוך מוליכים למחצה כאשר זה מסומם באופן לא עקבי.

זרם דיפוזיה במוליכים למחצה מסוג N

התרשים של מוליכים למחצה מסוג n מוצג להלן. כאשר אנו רואים חומר מוליך למחצה מסוג N שאינו מסומם באופן עקבי, מספר אלקטרונים נמצאים באזור ברמה גבוהה ואילו המספר הנמוך של אלקטרונים הקיים באזורים ברמה הנמוכה. המופע של מספר האלקטרונים בצד ברמה הגבוהה בחומר מוליך למחצה יכול להיות יותר. כתוצאה מכך, ניתן לחוות כוח דוחה זה מזה. זרימת האלקטרונים בחומר מוליך למחצה תהיה מאזור גבוה לאזור נמוך כדי לקבל ריכוז אלקטרונים עקבי.

מוליך דיפוזיה-זרם-במוליכים למחצה

לכן, החומר מקבל שווה ערך לריכוז אלקטרונים. האלקטרונים שזורמים מהאזור השמאלי לאזור הימני יהוו זרם. בחומר זה, תהליך הדיפוזיה מתרחש בעיקר באותו אופן. שני הזרמים אוהבים סְחִיפָה והתפשטות תתרחש בתוך התקני מוליכים למחצה. זרם זה יכול להתרחש כאשר מרימים את השדה החשמלי והוא לא קורה בתוך a נהג . כיוון זרם זה דומה או הפוך בהשוואה לזרם הסחף.

נוסחת זרם דיפוזיה

נוסחת זרם הדיפוזיה עבור משוואת שיפוע הריכוז וצפיפות נדונה להלן.

שיפוע ריכוז

בכל חומר מוליך למחצה, קיים האלקטרונים אחרת ריכוז החורים. הפער בתוך האלקטרון הזה, אחרת ריכוז חורים יכול להיקרא כמעבר ריכוז. הצפיפות היא בהשוואה לשיפוע הריכוז.

אם ערך שיפוע הריכוז גבוה, לאחר מכן צפיפות הזרם תהיה גבוהה. אם ערך שיפוע הריכוז נמוך יותר, אז גם צפיפות הדיפוזיה נמוכה.

ניתן לכתוב את המשוואות בין הצפיפות ודרגת הריכוז כ-

משוואת שיפוע הריכוז וצפיפות הזרם של מוליכים למחצה מסוג N מוצגת להלן.

Jn ∝ dn / dx

משוואת שיפוע הריכוז וצפיפות הזרם של מוליכים למחצה מסוג P מוצגת להלן.

Jp ∝ dn / dx

כאן, ביחס לחורים כמו גם לאלקטרונים, זה מסמל את הצפיפות

במשוואות לעיל, 'Jn' הוא צפיפות הזרם בגלל אלקטרונים

'Jp' הוא התפשטות צפיפות הזרם בגלל חורים.

משוואת צפיפות זרם דיפוזיה

ניתן לכתוב את צפיפות הדיפוזיה עקב ריכוז המוביל של האלקטרונים M^שתיים/לעומת

Jn = + eDn dn / dx

כמו כן, ניתן לכתוב את צפיפות הדיפוזיה עקב ריכוז החורים של המוביל כ-

Jp = -eDp dp / dx

המשוואה הנ'ל מיועדת לצפיפות צפיפות דיפוזיה ביחס לאלקטרונים ולחורים, אך הצפיפות הכוללת של הזרם של חורים או אלקטרונים בהתאמה יכולה להינתן על ידי סכום זרם הדיפוזיה והסחף.

במשוואות לעיל, 'Dn' ו- 'Dp' הם מקדם הדיפוזיה של אלקטרונים כמו גם חורים

צפיפות הדיפוזיה הכוללת ביחס לאלקטרונים נכתבת כ-

Jn = זרם סחיפה + זרם דיפוזיה

Jn = enμnE + eDn dn / dx

כל צפיפות הדיפוזיה של החורים ניתנת באמצעות משוואות הצפיפות האינדיבידואליות של אלקטרונים וחורים. אז ניתן לכתוב את צפיפות הזרם הכולל

Jp = זרם סחיפה + זרם דיפוזיה

Jp = epμpE - eDp dp / dx

שאלות נפוצות

1). מהו זרם דיפוזיה בפולארוגרפיה?

אלקטרודה כמו זריקת כספית בפולוגרפיה, הזרימה נשלטת באמצעות קצב הדיפוזיה של סוגי הפתרונות הפעילים על פני ריכוז השיפוע שנוצר על ידי הסרת מולקולות או יונים על פני האלקטרודה.

2). מה אורך הדיפוזיה?

האורך הממוצע של המוביל שזורם בין דור לרומבינציה נקרא אורך דיפוזיה.

3). מה הנוכחי?

זהו קצב הזרימה של נושאת המטען החשמלי.

4). מה הנוסחה הנוכחית?

הנוסחה היא I = V / R

איפה,

'אני' הוא הזרם החשמלי

'V' הוא מתח חשמלי

'R' הוא התנגדות החוט

5). מה משמעות הסחף?

זרם הסחף הוא זרם של נושאות מטען כמו אלקטרונים וחורים בגלל השדה החשמלי או המתח המיושם.

לפיכך, מדובר בכל סקירה של זרם דיפוזיה ואת המשוואות של צפיפות זרם אלה ניתן לתאר עבור אלקטרונים כמו גם חורים. הנה שאלה עבורך, מה ההבדל בין סחף לזרם דיפוזיה?