Elektron transzport - vezetés

Az előadások a következő témára: "Elektron transzport - vezetés"— Előadás másolata:

1 Elektron transzport - vezetés
(makroszkópikus és mikroszkópikus jelenségek)

2 Vezetés (elektron transzport)
a „semmiben” (vákuumban) fémekben félvezetőkben szigetelőkben elektrolitokban gázokban makroszkópikusan és mikroszkópikusan.

3 Áramok a (fél)vezetőkben
Kétféle áramról beszélünk: • Sodródási áram (hőmozgás és elektromos térerősség hatására) • Diffúziós áram (hőmozgás és sűrűség különbség hatására) Amiről nem beszéltünk: hőmérséklet különbség is indíthat áramot a mágneses erőtérnek is van befolyása töltésáramlás mellett energiaáramlás is van „Kombinált transzportjelenségek”

4 Elektron transzport fémekben (félvezetőkben)
Ohm: Elektron transzport fémekben (félvezetőkben)

5 Időfüggően: Állandósult állapotban:

6 Dielektromos relaxáció

7 Sodródási áram (drift áram) Az elektronok hőmozgása
Nincs térerősség Van térerősség  = mozgékonyság m2/Vs

8 Sodródási áram (drift áram)
 töltéssürüség v (átlag)sebesség Differenciális Ohm törvény A félvezetőanyag fajlagos vezetőképessége Fajlagos ellenállás

9 A mozgékonyságról n= 1500 cm2/Vs p= 350 cm2/Vs
Félvezetők (Si): töltéshordozó koncentráció széles tartományban, nagy mozgékonyság n= 1500 cm2/Vs p= 350 cm2/Vs Fémek: nagyon nagy töltéshordozó koncentráció, nagyon kis mozgékonysággal

10 Arányos a sűrűség gradienssel
A diffúziós áram Ok: a sűrűség különbség és a hőmozgás Arányos a sűrűség gradienssel D = diffúziós állandó m2/s

11 A teljes áramsűrűség Einstein összefüggés

12 Introduction: the potential
working ability of a point charge in r the electric field: force on the charge it is a general „boundary condition” in the electronics advantages: it can be easily measured in a broad range, excellent for characterisation of physical systems

13 U’(r) elektrokémiai potenciál

14

15 U’(r) elektrokémiai potenciál

16 „R” makroszkopikusan lineáris
„Szóródás” mikroszkopikus potenciálgátakon: lineáris karakterisztika „R” makroszkopikusan lineáris

17 „Szóródás” makroszkopikus potenciálgáton: nemlineáris karakterisztika (exponenciális)

18 Nagyon vékony (fél)vezető réteg: szóródás a határfelületeken is
Az elektronok hőmozgása l l Nincs térerősség Van térerősség Kisebb mozgékonyság, nagyobb ellenállás

19 Boltzmann egyenlet elektronokra
f inhomogenitása v sebességgel eltolódik Gyorsulás, energiafelvétel relaxáció, ütközések, energialeadás

20 Fajlagos ellenállás a rétegvastagság függvénye: a Boltzmann egyenlet megoldásából

21 Nagyon rövid (fél)vezető: ballisztikus transzport
Az elektronok hőmozgása l Nincs térerősség Van térerősség  = mozgékonyság, nem jellemző! – sőt… m2/Vs

22 Minden dimenzió csökken:

23 Az alagút ellenállás értéke
Az ellenállásra vonatkozó feltételnek teljesítenie kell a ΔW Δt > h bizonytalansági relációt, ahol ΔW a töltési energia és Δt az áttöltés időtartama Innen megkapható a Coulomb-gáthoz szükséges alagút ellenállás:

24 Minden dimenzió csökken:

25 Fából vaskarika: vezetés szigetelőkben

26 Fából vaskarika: vezetés szigetelőkben
Ohmikus (intrinsic, ld. félvezetők) Schottky emisszió, termikus emisszió (vákuumban is)

27 Fából vaskarika: vezetés szigetelőkben
Poole-Frenkel (Schottky emisszió csapdákból)

28 Fából vaskarika: vezetés szigetelőkben
„Hopping”: közvetlen csapdáról csapdára ugrás

29 Fából vaskarika: vezetés szigetelőkben
Alagúthatás: kis potenciál (térerő) esetén ohmikus közepes potenciál (térerő) esetén bonyolult

30 Fából vaskarika: vezetés szigetelőkben
Alagúthatás nagy térerő esetén: egszerűsödés, Fowler-Nordheim alagúthatás

31 Fából vaskarika: vezetés szigetelőkben
Tértöltéskorlátozott áramsűrűség (vákuumban is): Ionos vezetés: (esetleg):