Насколько я понимаю, диффузионный ток вызван изменением концентрации носителей заряда в полупроводнике (свободных электронов и дырок) из области более высокой концентрации в область более низкой концентрации из-за тепловой энергии. Однако я все еще не уверен, что диффузионный ток всегда существует внутри кристалла. По мере того, как концентрация падает в более высокой области и увеличивается в нижней области, наконец, концентрация во всем кристалле будет одинаковой, поэтому концентрация не изменится. Будет ли после этого существовать диффузионный ток?
Более того, в нелегированном полупроводнике (например, в чистом Si) плотность/количество дырок и электронов одинаковы, поэтому существует диффузионный ток. Предположим, что диффузия имеет только одно измерение и одно направление. Носители заряда, которые диффундируют, содержат как дырку, так и электрон, тогда общее движение заряда равно нулю, что делает ток равным нулю, это правда?
В полупроводнике, находящемся в тепловом и диффузионном равновесии, суммарный ток равен нулю для каждого из типов носителей, т. е. равен нулю как для электронного, так и для дырочного токов по отдельности. Полный ток представляет собой сумму диффузионного тока (пропорционального градиенту плотности носителей) и дрейфового тока, вызванного внешним полем (в большинстве случаев для полупроводника электростатическим полем). Короче говоря, в полупроводнике, находящемся в термодинамическом равновесии, диффузионный ток компенсирует дрейфовый ток для каждого из носителей в отдельности, что приводит к нулевому суммарному току.
Обратите внимание, что собственный полупроводник, находящийся в термодинамическом равновесии, может иметь диффузионный и дрейфовый токи, отличные от нуля, но общий суммарный ток по-прежнему равен нулю из-за компенсации дрейфового и диффузионного токов (это было бы в случае изолированного полупроводникового кристалла, помещенного внутрь электрического тока). поле).
Диффузионный ток служит для повсеместного выравнивания плотности заряда. Но в любом кристалле при конечной температуре выше 0 К где-то будут градиенты концентрации как для дырок, так и для электронов. Это приводит к диффузионным токам. Но учтите, что величина таких токов очень мала и измерить их очень сложно. То же самое происходит и в проводниках, но гораздо быстрее, чем в полупроводниках.
Полупроводники (легированные и нелегированные) имеют носители заряда. Для пятивалентных полупроводников это электроны, а для трехвалентных — дырки.
Причем всегда имеет место диффузия носителей заряда. Но движение носителей заряда совершенно случайно . И, по статистике, движение носителей заряда во всех направлениях равномерно распределено, что делает суммарный ток равным нулю .
Таким образом, нет чистого тока, вызванного диффузией носителей заряда.
Джон Кастер