Градиенте концентрации

Скорость подвода влаги из внутренних слоев к поверхности определяется градиентами температуры и влажности, а также их направлением. Если направление градиента температуры и градиента влажности совпадают, то суммарный поток будет равен

Явление Томсона заключается в следующем: внутри каждого элемента проводящего материала при наличии в нем градиента температуры выделяется или поглощается (в зависимости от направ-

На контакте металл — полупроводник при прстекании электрического тока может возникать ряд физических эффектов и явлений, которые вносят существенную погрешность в результаты измерений. Основными из них являются: инжекция носителей заряда контактом, влияющая «а проводимость образца; эффект Пельтье, приводящий к возникновению градиента температуры на образце

Так как полупроводники имеют относительно высокий температурный коэффициент сопротивления, то при измерениях за счет протекания через образец тока может произойти не только локальный нагрев, но и повышение температуры всего образца. Например, повышение температуры кремния с удельным сопротивлением 10 Ом-см на 5°С приводит к изменению удельного сопротивления на 4,0%. Поэтому для уменьшения нагрева образца необходимо выбирать рабочий ток минимально возможным, а температуру образца поддерживать постоянной. Рабочий ток, однако, должен обеспечивать необходимую точность измерений разности потенциалов. Измерение разности потенциалов производят при двух направлениях тока и полученные значения усредняют, исключая таким способом продольную термо-ЭДС, возникающую на образце вследствие градиента температуры. Уменьшение рабочего тока одновременно снижает модуляцию проводимости образца, вызванную инжекцией носителей заряда при протекании тока.

Поперечный термогальваномагнитный эффект возникает на помещенном в магнитном поле образце, по которому протекает электрический ток; он состоит в появлении градиента температуры в направлении, перпендикулярном магнитному полю и току. Если, как и в случае эффекта Холла, вектор магнитной индукции направлен вдоль оси z, а электрический ток — вдоль оси х, то вдоль оси у возникает градиент температуры, пропорциональный магнитной индукции и плотности электрического тока: дТ . „ .

Физически поперечный термогальваномагнитный эффект обусловлен тем, что магнитное поле действует на «гор*чие» (быстрые) носители зарядов с большей силой, чем на «холсдные» (медленные). Поэтому происходит пространственное разделение носителей зарядов по скоростям. В результате обмена энергией носителей зарядов с кристаллической решеткой возникает градиент температуры. Знак градиента температуры не зависит от типа носителей заряда, а зависит от направления магнитного пол? и тока, так же как и полярность ЭДС Холла. Поэтому возникающая как следствие градиента температуры термо-ЭДС суммируется <: ЭДС Холла и не может быть отделена от него при изменении нг правления тока или магнитного поля.

Термогальванический эффект возникает при следующих условиях. Если образец, по которому в направлении х проходит тепловой поток, поместить в магнитное поле, направленное по оси z, та в направлении оси у возникает электрическое поле. При наличии градиента температуры потоку теплоты соответствует преимущественное движение «быстрых» носителей заряда от «горячего» конца образца к «холодному».

Этот эффект называют термомагнитным. Знак градиента температуры зависит от типа носителей заряда.

Таким образом, ЭДС термогальванического аффекта и термо-ЭДС, обусловленная термогальваномагнитным и термомагнитным эффектами, возникают совместно с ЭДС Холла и суммируются с ней. Градиент температуры дТ/дх, обусловливаю дий возникновение этих эффектов, как правило, существует на обоазце при проведении холловских измерений в результате протекания тока через контакты к образцу и выделения на них некоторого количества теплоты. Знак градиента температуры, обусловленный эффектом Пельтье или нелинейностью ВАХ токовых контактов, зависит от направления тока через образец. Следовательно, знаки этих эффектов зависят от направления протекающего через образец тока.

Кроме того, существование градиента температуры дТ/дх может быть обусловлено неравномерным нагревом образца при проведении, например, температурных измерений или его неоднородностью.

Эффект Томсона состоит в том, что при пропускании тока через проводник, вдоль которого имеется градиент температуры, в дополнение к теплоте Джсуля в объеме проводника в зависимости от направления тока выделяется или поглощается некоторое количество тепла. Эффект Томсона в полупроводнике объясняется тем, что при наличии в нем градиента температуры возникает термо-э. д. с. Если направление напряженности возникшего электрического поля совпадает с направлением напряженности внешнего поля, то не вся энергия поддерживающая ток, обеспечивается внешним источником, часть работы совершается за счет тепловой энергии самого полупроводника, в результате чего он охлаждается.

Коэффициент диффузии равен числу носителей заряда, диффундирующих за одну секунду через единичную площадку при единичном градиенте концентрации. Знак «минус» в формуле означает, что диффузия происходит в направлении уменьшения концентрации, а так как дырки имеют положительный заряд, то диффузионный ток будет положительным при dp/dx
Диффузия в полупроводниковых кристаллах представляет собой направленное перемещение примесных атомов в сторону убывания их концентрации. При заданной температуре скорость диффузии определяется коэффициентом диффузии, который равен числу примесных атомов, проходящих через поперечное сечение в 1 см2 за 1 с при градиенте концентрации 1 см~4. Температурная зависимость коэффициента диффузии определяется выражением

При диффузионном движении больше зарядов переходит в направлении уменьшения концентраций, чем в противоположном направлении. Если свободный пробег зарядов в газе заметно меньше размеров прибора, то заряды перемещаются в условиях частого столкновения их с частицами газа, в связи с чем движение носит характер диффузионного. Превалирующее число зарядов, перемещающихся через 1 м2 сечения потока в 1 с от мест с большей концентрацией к местам меньших концентраций, определяет при градиенте концентрации, равном единице, коэффициент диффузии D.

за счет толщины базы происходит смещение кривых распределения концентрации неосновных носителей заряда в глубь базы при неизменном градиенте концентрации около p-n-перехода, что по соотношению (1.27) соответствует неизменному току.

Коэффициент при градиенте концентрации в этом выражении называется коэффициентом диффузии

Скорость процесса диффузии определяют с ПОМОЩЬЮ коэффициента диффузии D, равного числу примесных атомов, проходящих через площадку в 1 см2 за 1 с при градиенте концентрации атомов примеси, равном 1 см~4.

Коэффициент при градиенте концентрации в этом выражении называется коэффициентом диффузии

Скорость процесса диффузии определяют с ПОМОЩЬЮ коэффициента диффузии D, равного числу примесных атомов, проходящих через площадку в 1 см2 за 1 с при градиенте концентрации атомов примеси, равном 1 см~4.

Фурье. Первый закон Фика определяет скорость проникновения: атомов одного вещества в другое при постоянном во времени потоке этих атомов в неизменном градиенте концентрации. Для одномерного случая плотность потока атомов примеси определяется уравнением

Коэффициент диффузии равен числу носителей заряда, диффундирующих за одну секунду через единичную площадку при единичном градиенте концентрации. Знак «минус» в формуле означает, что диффузия происходит в направлении уменьшения концентрации, а так как дырки имеют положительный заряд, то диффузионный ток будет положительным при dp/dx<0.

Физический смысл коэффициента диффузии D заключается в том, что он указывает величину плотности потока при заданном градиенте концентрации, т. е. является мерой скорости, с которой система способна при заданных условиях снять градиенты концентраций и химических потенциалов. Движущей силой диффузии является разность термодинамических потенциалов. Путем перераспределения вещества система стремится к выравниванию локальных разностей потенциалов, т. е. к термодинамическому равновесию.

Можно легко представить механизм диффузии. Главным в ее кинетике является подвижность атомов. Она при прочих равных условиях определяется величиной D, зависящей от механизма диффузии и температуры. Коэффициент диффузии D - это поток вещества через единицу поверхности за 1 с при градиенте концентрации, равном единице.