Дрейфовый ток

В конденсированного состояния и электрохимии физике дрейфовый ток — это электрический ток или движение носителей заряда , которое происходит из-за приложенного электрического поля , часто называемого электродвижущей силой на заданном расстоянии. Когда электрическое поле прикладывается к полупроводниковому материалу, ток возникает из-за потока носителей заряда.

Скорость дрейфа — это средняя скорость носителей заряда в дрейфовом токе. Скорость дрейфа и результирующий ток характеризуются подвижностью ; подробнее 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 объединяются в одно уравнение.

Обзор

Дрейфовый ток — это электрический ток , вызванный притягиванием частиц электрическим полем. Этот термин чаще всего используется в контексте электронов и дырок в полупроводниках , хотя та же концепция также применима к металлам, электролитам и так далее.

Дрейфовый ток вызван электрической силой : заряженные частицы толкаются электрическим полем. Электроны, будучи отрицательно заряженными, выталкиваются в направлении, противоположном электрическому полю, тогда как дырки выталкиваются в том же направлении, что и электрическое поле, но результирующий условный ток в обоих случаях указывает в том же направлении, что и электрическое поле.

Если к электрону в вакууме приложить электрическое поле, электрон будет ускоряться все быстрее и быстрее, примерно по прямой линии. Дрейфовый ток вблизи выглядит совсем иначе. Обычно электроны движутся хаотично во всех направлениях ( броуновское движение ), часто меняя направление при столкновении с границами зерен или других возмущениях. Между столкновениями электрическое поле слегка ускоряет их в одном направлении. Таким образом, со временем они движутся в среднем со скоростью дрейфа , но в любой момент электроны движутся с тепловой скоростью (обычно гораздо большей) .

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

Дрейфовый ток в зависимости от диффузионного тока

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

Дрейфовый ток	Диффузионный ток
Дрейфовый ток вызван 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 : $J=q\rho \mu E$	Подчиняется закону Фика : $J=-qD{\frac {d\rho }{dx}}$

Дрейфовый ток в диоде с pn-переходом

В диоде с pn-переходом электроны и дырки являются неосновными носителями заряда в p-области и n-области соответственно. В несмещенном переходе вследствие диффузии носителей заряда диффузионный ток, текущий из p-области в n, точно уравновешивается равным и противоположным дрейфовым током. ^[1] Дрейфовый ток в несмещенном переходе вызван полем, образующимся в результате перераспределения носителей заряда, ионизированных атомов донора и акцептора, дополнительные электроны и дырки теряются в результате диффузии, в результате чего остаются положительные и отрицательные ионы. Эти ионы в кристаллической решетке приводят к несоответствию зарядов, создавая встроенное электрическое поле. ^[2]В смещенном pn-переходе дрейфовый ток не зависит от смещения, поскольку количество неосновных носителей не зависит от напряжения смещения. Но поскольку неосновные носители заряда могут генерироваться термически, дрейфовый ток зависит от температуры.

Когда электрическое поле прикладывается к полупроводниковому материалу, носители заряда достигают определенной скорости дрейфа. Этот совокупный эффект движения носителей заряда образует ток, известный как «дрейфовый ток». Плотность дрейфового тока, обусловленная носителями заряда, такими как свободные электроны и дырки, представляет собой ток, проходящий через площадь в квадратный сантиметр, перпендикулярную направлению потока.

(i) Плотность дрейфового тока $J_{n}$ , за счет свободных электронов, определяется выражением:

$J_{n}=qn\mu _{n}E\quad {\frac {\text{A}}{{\text{cm}}^{2}}}$

(ii) Плотность дрейфового тока $J_{p}$ , из-за дыр, определяется выражением:

$J_{p}=qp\mu _{p}E\quad {\frac {\text{A}}{{\text{cm}}^{2}}}$

Где:
$n$ - Число свободных электронов на кубический сантиметр

$p$ - Количество отверстий на кубический сантиметр

$\mu _{n}$ – подвижность электронов в ${\frac {{\text{cm}}^{2}}{{\text{V}}\cdot {\text{s}}}}$

$\mu _{p}$ – Подвижность отверстий в ${\frac {{\text{cm}}^{2}}{{\text{V}}\cdot {\text{s}}}}$

$E$ – Напряженность приложенного электрического поля в ${\frac {\text{V}}{\text{cm}}}$

$q$ – Заряд электрона = 1,6 × 10 ⁻¹⁹ кулон [1]

^[3]

Ссылки

^ Холлидей (2007). Физика, Том 2, 5-е изд . Вили-Индия, 2007. с. 1115. ИСБН 978-81-265-1089-4 .
^ Сзе, Саймон М.; Ли, Имин; Нг, Квок К. (19 марта 2021 г.). Физика полупроводниковых приборов . Джон Уайли и сыновья. п. 98. ИСБН 978-1-119-61800-3 .
^ Холлидей (2007). Физика, Том 2, 5-е изд . Вили-Индия, 2007. с. 1117. ИСБН 978-81-265-1089-4 .

[1] Холлидей (2007). Физика, Том 2, 5-е изд . Вили-Индия, 2007. с. 1115. ИСБН 978-81-265-1089-4 .

[2] Сзе, Саймон М.; Ли, Имин; Нг, Квок К. (19 марта 2021 г.). Физика полупроводниковых приборов . Джон Уайли и сыновья. п. 98. ИСБН 978-1-119-61800-3 .

[3] Холлидей (2007). Физика, Том 2, 5-е изд . Вили-Индия, 2007. с. 1117. ИСБН 978-81-265-1089-4 .

[1]

[2]

[3]