Rymdladdning

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 4 september 2017; verifiering kräver 1 redigering .

Rumslig laddning  är en distribuerad okompenserad elektrisk laddning av samma tecken. Rymdladdningar uppstår i vakuum- och gasurladdningslampor i utrymmet mellan elektroderna , såväl som i inhomogena områden av halvledarenheter , och påverkar starkt passagen av ström genom dessa regioner, vilket leder till icke-linjära ström-spänningsegenskaper hos sådana enheter.

Exempel

Till exempel, i en vakuumdiod , när ström flyter mellan katoden och anoden , i gapet mellan dem finns en viss koncentration av elektroner som har en negativ laddning. Samtidigt finns det inga positivt laddade joner i denna region , och därför bildas ett negativt laddat elektronmoln. Detta moln förhindrar emission av elektroner från katoden.

Rymdladdningar uppstår även i halvledardioder i området för pn-övergången . Elektroner från en halvledare av n-typ i området för en sådan övergång diffunderar in i en halvledare av p-typ, där de rekombinerar med hål . På liknande sätt diffunderar hål från en halvledare av p-typ till en halvledare av n-typ, där de rekombinerar med elektroner. Som ett resultat uppstår regioner med brist på elektroner och regioner med överskott av elektroner runt pn-övergången, positivt respektive negativt laddade. I området för halvledaren av n-typ med brist på elektroner skapas en positiv laddning av donatorer, och i området för p-typen med ett överskott skapas en negativ laddning av acceptorer, på vilka elektroner fångas.

Elektriskt fält i rymdladdningsområdet

Okompenserade elektriska laddningar skapar ett elektriskt fält runt dem . Därför är rymdladdningsområdena samtidigt regioner av ett inhomogent elektriskt fält. Denna situation skiljer sig fundamentalt från fallet med flödet av elektrisk ström i homogena ledare eller halvledare. När en elektrisk ström flyter genom ett homogent ämne, bibehålls elektrisk neutralitet vid varje punkt av detta ämne, och det elektriska fältet förblir enhetligt. I rymdladdningsområdet är det elektriska fältet ojämnt. Vanligtvis står dessa områden för huvuddelen av spänningsfallet när ström flyter.

Rymdladdningsbegränsad ström

Den elektriska strömmen i vakuumdioden beror på inhomogeniteten hos det elektriska fältet i rymdladdningsområdet olinjärt på spänningen mellan elektroderna.

,

där j är strömtätheten, V är spänningen och C är en koefficient beroende på elektrodernas form. För platta elektroder

.

Här är L avståndet mellan elektroderna, e är elektronens laddning, m är elektronens massa.

Detta förhållande kallas Childe-Langmuir-lagen .

Sålunda är ström-spänningskarakteristiken för en vakuumdiod väsentligen icke-linjär. Vid låga spänningar mellan elektroderna hindrar rymdladdningen starkt att ström passerar. En ökning av spänningen leder till sträckning av rymdladdningsområdet, och därför växer strömmen snabbare än linjärt.

Litteratur

Länkar