Носителей электричества

Явление направленного движения свободных носителей электрического заряда в веществе или в вакууме называется электрическим током проводимости.

Поскольку в правой части кристалла с проводимостью р-типа имеется повышенная концентрация дырок, а в левой части — с проводимостью /г-типа — электронов, через п—р-переход будет протекать диффузионный электрический ток; электроны уходят в область с проводимостью р-типа и рекомбинируют там с дырками, а дырки переходят в область с проводимостью л-типа. Но этот процесс диффузии нарушает электрическую нейтральность как в «-, так и в р-области, поскольку электрические заряды ионов примеси уже не уравновешиваются равными им зарядами электронов и дырок. Вследствие этого на »---р-переходе появляется контактная разность потенциалов Ек (составляющая 0,3—• 0,4 В для германия и 0,7—0,8 В для кремния) и возникает электрическое поле, препятствующее диффузии. Это запирающее поле сосредоточено в области л—р-перехода: со стороны «-области располагается слой нескомпенсированных положительных ионов примеси, со стороны р-области к переходу примыкает слой отрицательных ионов. Малое расстояние между слоями ионов (обычно несколько десятых долей микрометра) приводит к тому, что между ними действует электрическое поле напряженностью до 10е В/см и образуется зона 3. П., в которой не может быть носителей электрического тока. Если к кристаллу полупроводника приложено напряжение ?/„.,. „с от внешней батареи в полярности плюс на «-область, минус на р-область, то на л—р-переходе электрическое поле от батареи будет действовать в том же направлении, что и запирающее поле. Вследствие этого ток /об через п—р-переход протекать практически не будет. При изменении полярности подключения произойдет частичная или даже полная компенсация запирающего поля и через переход сможет протекать электрический ток /„ (. 4, б).

Электрическим током проводимости называют явление направленного движения свободных носителей электрического заряда в веществе или вакууме.

Электрическим током проводимости принято называть явление направленного движения свободных носителей электрического заряда в веществе или в пустоте.

В рабочем пространстве любого прибора протекают следующие основные процессы: образование свободных носителей электрического заряда — электронов в процессе эмиссии с поверхности твердого тела или образование электронов и ионов в результате электрического разряда в газе; создание направленного потока этих частиц; управление как плотностью потока, так и направлением движения частиц. Все эти процессь! осуществляются с по-, мощью электродов^ (катодов1 сеток, анодов, специальных пластин

•Для работы электронных приборов необходимы свободные электроны. Только* в этом случае они смогут выполнять функции носителей электрического тока. Как получить такие электроны? На первый взгляд, ответ не вызывает затруднений — ведь каждое из окружающих нас веществ содержит множество электронов. Задача заключается лишь в том, чтобы «оторвать» их от ядра и при необходимости «извлечь» из вещества. Но, оказывается, это возможно лишь при выполнении определенных условий, о которых и пойдет речь ниже.

В рабочем пространстве любого прибора протекают следующие основные процессы: образование свободных носителей электрического заряда — электронов в процессе эмиссии с поверхности твердого тела или образование электронов и ионов в результате электрического разряда в газе; создание направленного потока этих частиц; управление как плотностью потока, так и направлением движения частиц. Все эти процессь! осуществляются с по-, мощью электродов^ (катодов1 сеток, анодов, специальных пластин

При повышенных частотах как в схемах с биполярными, так и с полевыми транзисторами начинают сказываться процессы, изменяющие характеристики устройств. К таким процессам следует отнести появление дополнительных токов в приборе за счет конечных емкостей между его элементами (емкость р — п-переходов, выводов и т. д.), а также конечное время перемещения носителей электрического заряда. Очень малые геометрические размеры элементов транзистора приводят к тому, что емкости между элементами остаются малыми, несмотря на чрезвычайно тонкие запорные слои или диэлектрические прослойки (в полевых триодах). Время же движения носителей заряда существенно зависит от типа прибора.

Электрическим током проводимости принято называть явление направленного движения свободных носителей электрического заряда в некотором объеме Vвещества или пустоты, когда ^jqivi * 0. Здесь qs и vt — величина и скорость

Свойство вещества создавать под действием неизменяющегося во времени электрического поля неизменяющийся во времени электрический ток называется электропроводностью. Электрическим током проводимости называется направленное движение свободных носителей электрического заряда в веществе или в вакууме. Носителями заряда в металлах являются электроны, в электролитах — ионы и электроны, в полупроводниках — электроны и дырки.

Теория шумов в р—/г-переходах была предложена Букинге-мом и Фолкнером [1]; они сделали попытку согласовать шумовые свойства приборов на р—n-переходах с известными физическими принципами функционирования этих приборов. В основе этой теории лежит механизм диффузии носителей электрического заряда, возникающей за счет локальных флуктуации в популяции носителей. В некотором отношении диффузионная теория шума отличается от теории ван-дер-Зила [22, 23], в частности в нее не включается аналогия с передающей линией, хотя обе теории приводят в конце концов к одним и тем же результатам. С другой стороны, так называемая «корпускулярная теория» ван-дер-Зила и Бекинга [27], по-видимому, использует неправильное толкование шума, обусловленного прохождением носителей заряда через обедненный слой, что про-

В этом случае при сильном отклонении концентрации электронов от концентрации положительных ионов образуется электрическое, поле, способное выталкивать избыточные заряженные частицы в зону их недостатка. Наоборот, те частицы, концентрация которых меньше, будут задерживаться этим полем. Такой механизм автоматически поддержит равенство концентраций противоположно заряженных частиц. В результате плазма будет обладать свойством квазинейтральности т. е. равенства концентраций положительных и отрицательных носителей электричества в услогч-ях их непрерывного исчезновения и возникновения. Характерный признак плазмы состоит также в том, что траектории движения частиц в ней отличны от свойственных обычному броуновскому движению. В плазме проявляются силы кулоновского взаимодействия ионизированных частиц, что приводит к плавному изменению траектории их движения в отличие от нейтрального газа, где частицы при столкновении резко изменяют направление своего движения. В этих условиях меняется понятие о длине свободного пробега: под ней понимают расстояние, на котором происходит потеря первоначального направления вектора скорости электрона.

Диффузия носителей электричества из газоразрядного столба происходит под влиянием градиента их концентрации. Скорость диффузии

Тлеющий разряд характеризуется неодинаковой структурой в разных частях. На положительный столб разряда приходится небольшое падение напряжения. Вследствие диффузии и рекомбинации количество носителей электричества в нем убывает. Однако в установившемся режиме восполнение убыли электронов и ионов происходит путем столкновений наиболее быстрых электронов с нейтральными частицами и ионизации последних. Основное падение напряжения в тлеющем разряде приходится на катодное пространство, поле в котором неравномерно. Как и в положительном столбе, ударная ионизация является здесь основным ионизирующим фактором.

Важным, но еще недостаточно исследованным в теории электрической дуги является вопрос о механизме переноса тока в катодной зоне дуги. В свое время полагали, что термоэлектронная эмиссия с разогретого катода могла быть источником необходимых носителей электричества в этой зоне. Однако с позиций теории термоэлектронной эмиссии нельзя объяснить ряд наблюдаемых

обладать заметной индуктивностью в быстропеременном электрическом поле, когда вектор напряженности поля и вектор скорости движения заряженной частицы будут сдвинуты по фазе на значительный угол, достигающий 90°. Это явление имеет место при столь высокой частоте, когда столкновение носителей электричества с элементарными частицами практически отсутствует и не сказывается на поведении первых. При низкой частоте (50 Гц) и давлениях выше атмосферного такие условия не соблюдаются и индуктивность плазмы дуги несущественна. Поэтому в условиях электрических аппаратов моменты перехода через нуль тока и напряжение дуги практически совпадают.

Стадия / восстановления прочности на 5.17,6 соответствует началу процесса, когда теплота интенсивно отводится в контакты. В аппаратах низкого напряжения продолжительность этой стадии обычно не превышает нескольких десятков микросекунд. Стадия // относится к условиям, когда начинается заметное охлаждение всего остаточного газоразрядного канала. Основную роль в стадии / играют процессы в околокатодной области, так как для нее характерна малая остаточная электрическая проводимость. Благодаря поступлению носителей электричества из основного столба дуги остаточная электрическая проводимость анодной зоны выше, чем катодной.

Резкое снижение концентрации газовых частиц снижает возможности возникновения носителей тока (электронов и ионов) В результате пробивные напряжения промежутков в вакууме повышаются в 4—5 раз R сравнении с воздухом при атмосферном давлении. Основная часть носителей электричества поставляется из металлического катода за счет эмиссии электронов. При прекращении эмиссии, например при прохождении перемен-

Важным преимуществом параметрического усилителя является относительно низкий уровень шумов по сравнению с транзисторным или ламповыми усилителями. В § 7.2 отмечалось, что главным источником шумов в транзисторном и ламповом усилителях является дробовой эффект, обусловленный хаотическим переносом дискретных зарядов электронов и дырок (в транзисторе). В параметрическом усилителе аналогичный эффект имеет место в приборе, осуществляющем модуляцию параметра. Так, например, изменение емкости варикапа происходит за счет перемещений электронов и дырок. Однако интенсивность потока носителей электричества в варикапе во много раз меньше, чем в транзисторе или лампе. В последних интенсивность потока определяет непосредственно мощность полезного сигнала, выделяемого в цепи нагрузки, а в варикапе — всего лишь эффект модуляции параметра. Ослабление влияния дробового эффекта столь значительно, что в параметрическом усилителе уровень шумов определяется в основном тепловыми шумами. В связи с этим часто применяют охлаждение параметрического диода до (5-10) К.

составляющая сводится к обычному дробовому шуму в IEs, от-куда следует, что на этих частотах весь шум тока эмиттера определяется полным дробовым шумом. Уравнение (4.64) показывает, что для всех частот ток коллектора имеет шумовую ставляющую, равную полному дробовому шуму, этот факт на: ходится в согласии с версией о потоке независимых между собой носителей электричества, проходящих через коллекторный переход.

где 5г((о)—спектральная плотность флуктуации сопротивления. Следовательно, такой простой довод объясняет квадратичную зависимость от величины постоянного тока. Конечно, это не объясняет физической причины возникновения 1//-шума, а просто позволяет перенести внимание на сопротивление как источник такой флуктуации. Поскольку сопротивление определяется плотностью и подвижностью носителей электричества, очевидный вывод состоит в том, что l/f-шум возникает либо за счет флуктуации числа носителей, либо за счет флуктуации величины их подвижности.

6.6.5. Флуктуации числа носителей электричества