Критической плотности

В сильнолегированных полупроводниках ширина запирающего слоя меньше, что препятствует возникновению лавинного пробоя, так как движущиеся носители не приобретают энергии, достаточной для ударной ионизации. В то же время может возникать электрический пробой p-n-перехода, когда при достижении критической напряженности электрического поля в p-n-переходе за счет энергии поля появляются пары носителей электрон — дырка (эффект Зенера), и существенно возрастает обратный ток перехода.

где ц,0 — подвижность, соответствующая критической напряженности, т. е. по существу ее номинальное значение.

где /jg - подвижность, соответствующая критической напряженности, т. е. по существу ее номинальное значение.

вующем критической напряженности,

для туннелирования возникают только при определенной напряженности электрического поля или при определенном j Г'"Т напряжении на ^-«-переходе — при пробивном напряжении. Значение этой критической напряженности электри- рис 3 2Q вдх диода ческого поля составляет примерно туннельном пробое для раз-8-10 В/см для кремниевых переходов ных температур и 3-10 В/см для германиевых. Так как

Разряд в виде короны возникает при максимальном значении начальной критической напряженности электрического поля, кВ/см,

В марках алюминиевых сплавов буквы дают информацию о том, какие именно элементы содержатся в сплаве (А — алюминий, К — кремний, М — медь, Мг — магний, Ц — цинк, Мц — марганец), а цифры — их среднее процентное содержание. i Сверхпроводники и криопроводники. Явление сверхпроводимости было открыто нидерландским физиком X. Камерлинг-Оннесом в 1911 г. Согласно современной теории, основные положения которой были развиты в работах Д. Бардина, Л. Купера, Дж. Шриф-фера (теория БКШ), явление сверхпроводимости металлов можно объяснить следующим образом. При температурах, близких к абсолютному нулю, меняется характер взаимодействия электронов между собой и атомндй решеткой, так что становится возможным притягивание одноименно заряженных электронов и образование так называемых электронных (ку перовских) пар. Поскольку ку перовские пары в состоянии сверхпроводимости обладают большой энергией связи, обмена энергетическими импульсами между ними и решеткой не наблюдается. При этом сопротивление металла становится практически равным нулю. С увеличением температуры некоторая часть электронов термически возбуждается и переходит в одиночное состояние, характерное для обычных металлов. При достижении критической температуры (Тк) все куперовские пары распадаются и состояние сверхпроводимости исчезает. Аналогичный результат наблюдается при определенном значении магнитного поля (критической напряженности Якр или критической индукции Вкр), которое может быть создано как собственным током, так и посторонними источниками. Критическая температура и критическая^ напряженность магнитного поля являются взаимосвязанными величинами. Эта зависимость для чистых металлов Может быть приближенно представлена следующим выражением:

Следовательно, если идеальный сверхпроводник поместить в магнитное поле, то некоторой температуре Г„Р1<Т0 будет соответствовать вполне определенное значение критической напряженности магнитного поля Я„Р1. При Н > Н„Р1 и температуре ТК[) сверхпроводящее состояние исчезает.

В сильных электрических полях начиная с критической напряженности, которая обычно равна (1 -г- 5)-107 В/м. в жидкости переход иона из положения временного закрепления в другое происходит не только в результате тепловых колебаний частиц, а и под влиянием электрического поля. Поэтому растет подвижность \а иона и начиная с некоторого значения плотности тока /„ плотность тока / увеличивается по закону

где /0 — плотность тока при критической напряженности; а — эмпирический коэффициент.

При туннельном пробое обратный ток р-п перехода резко возрастает за счет туннельного просачивания электронов из валентной зоны р-области в зону проводимости «-области полупроводника в той области р-п перехода, где имеется сильное электрическое поле. В этом проявляются волновые свойства электрона. Если длина волны электрона сравнима с толщиной ОПЗ, то существует конечная вероятность туннелирования электронов из валентной зоны р-области в зону проводимости л-области. Возрастание туннельного тока в области пробоя происходит при критической напряженности электрического поля Екр. В соответствии с выражением (1.75) обратное напряжение резкого

Для большинства сверхпроводящих материалов зависимость критической плотности тока /с от индукции магнитного поля В, превышающей 4—5 Тл с достаточной точностью аппроксимируется выражением В/с—const. При создании сверхпроводящих соленои-

Для большинства сверхпроводящих материалов зависимость критической плотности тока ус от индукции магнитного поля В, превышающей 4—5 Тл, с достаточной точностью аппроксимируется выражением Bje = = const. При создании сверхпроводящих соленоидов выявилось явление деградации, заключающееся в снижении критического тока по сравнению с током длинной прямой проволоки.

Определение критической плотности теплового потока. Основной задачей при конструировании теплоотдающих поверхностей с испарительным охлаждением является обеспечение докризисного режима. Нельзя допускать, чтобы тепловой поток с единицы поверхности был больше критического. На практике это означает, что необходим запас по температуре.

Переход к плотностям тока выше критических приводит к нарушению устойчивости в горении дуги, особенно в режимах низких давлений, когда становится возможным, как уже ранее говорилось, разрыв дуги. Из-за исключительно быстрого исчезновения тока, а следовательно, и магнитного поля при разрыве дуги в установках, содержащих индуктивные элементы, возникают весьма значительные перенапряжения, угрожающие целости изоляции. Поэтому разрыв дуги должен быть при всех условиях предупрежден соответствующим выбором плотности газа и размеров отверстий л экранах применительно к максимально возможным значениям тока в газотроне. Численные значения критической плотности тока /кр в водороде при импульсных режимах лежат в пределах от 500 до 1000 А/см2.

Сверхпроводники третьего рода включают в себя неидеальные сверхпроводники второго рода (жесткие сверхпроводники). Для них характерно наличие крупных неоднородностей, возникающих при выделении другой фазы или пластичном деформировании. Дефекты структуры могут служить узлами закрепления вихрей (явление «пининга»), что значительно повышает допустимые токи. Так, например, по проволоке из станнида ниобия Nb3Sh в полях с индукциями около 10 Тл можно пропускать ток с плотностью выше 109 А/м2. При частотах не более 10 кГц потери в этих материалах носят гис-терезисный характер и не зависят от формы тока. На частотах 10—100 Гц кристаллическая плотность переменного тока мало зависит от частоты и по амплитуде приближается к критической плотности постоянного тока. К сверхпроводникам третьего рода относятся в основном сплавы и химические соединения.

Последнее явление очень существенно. Во-первых, рост кристаллов преимущественно в плоскости подложки приводит к более раннему образованию сплошной пленки, т. е. к. малому значению критической толщины. Во-вторых, наличие зарядового механизма конденсации объясняет отсутствие у ионно-распыленных пленок критического значения температуры подложки и критической плотности пучка.

Последнее явление очень существенно. Во-первых, рост кристаллов преимущественно в плоскости подложки приводит к более раннему образованию сплошной пленки, т. е. к. малому значению критической толщины. Во-вторых, наличие зарядового механизма конденсации объясняет отсутствие у ионно-распыленных пленок критического значения температуры подложки и критической плотности пучка.

Сверхпроводимость— состояние некоторых проводников, когда их электрическое сопротивление становится пренебрежимо малым; сверхпроводник имеет удельное сопротивление р в 1014 раз меньше, чем медь, т. е. величину порядка 10~1в ом • мм^/м. Сверхпроводимость появляется ниже определенной, так называемой критической температуры Ткр. Наиболее высокая критическая температура 20,05°К зарегистрирована для твердого раствора ниобия, алюминия и германия, состав которого соответствует формуле Nb3 Al0j8i Ge0?2. Для остальных сверхпроводников эта температура ниже, около 4—10° К- Если сверхпроводник при Т <; Гкр поместить в поперечное магнитное поле, то состояние сверхпроводимости сохраняется лишь ниже определенной, так называемой, критической напряженности магнитного поля Якр. Когда по сверхпроводнику, находящемуся в поперечном-магнитном поле с Я < Якр при температуре Т < Ткр пропускают электрический ток, то состояние сверхпроводимости сохраняется только ниже определенной, так называемой, критической плотности тока /кр. Критические параметры Гкр, Якр, Укр и закономерности их изменения играют важную роль при исследованиях сверхпроводников. Обычно /кр относят к определенным значениям напряженности поля Я и температуры Т. В сверхпроводящем состоянии магнитное поле за счет экранирующих токов в поверхностном слое проводника почти полностью вытесняется из> всего сечения за исключением- этого слоя, где поле проникает на глубину, примерно, 5 • 10~2 мкм. Различают сверхпроводники первого и второго рода. Материалы первого рода теряют свойства сверхпроводимости уже при слабых магнитных полях и относительно небольших плотностях тока. Сверхпроводники второго рода сохраняют сверхпроводящее состояние вплоть до высоких значений напряженности магнитного поля. Что касается величины критической плотности тока, то она тесно связана с наличием неоднородностей в струк-. туре материала и примесей. Если таких искажений и примесей нет, то сверхпроводники второго рода относят к мягким (идеальным), при сильных магнитных полях они допускают небольшие плотности тока. Сверхпроводники второго рода с неоднородностями

Рост пленок на подложке при ионном распылении. Атомы, выбитые из мишени при ионном распылении, могут обладать значительной энергией (порядка десятков электрон-вольт), причем относительная доля таких атомов увеличивается с ростом энергии бомбардирующих ионов. Это определяет специфику процесса конденсации атомов на подложке при ионном напылении — отсутствие критической температуры и критической плотности атомного пучка. Вследствие высокой энергии бомбардирующих атомов они практически при любой температуре и любой плотности пучка «вбиваются» в поверхность подложки и застревают там. По мере напыления доля напыляемых атомов в поверхностном слое непрерывно растет и в конце концов на поверхности образуется пленка из чистого материала мишени.

Эта форма течения теплоносителя является оптимальной для охлаждения кипящей жидкостью, а также и для сепарации. Ее экспериментальная проверка, описанная в гл. 7, показала достижимость максимально возможной критической плотности теплового потока.

рее. По-видимому, это объясняется местным (вблизи выхода) увеличением кинетической энергии осевого движения за счет уменьшения статического давления. Несмотря на указанное резкое падение центробежного давления на конце трубки все же остается избыточное центробежное давление, что позволяет ожидать увеличения критической плотности теплового потока и на конце трубчатого твэла.