Диэлектрики и полупроводники

Полупроводники. Для полупроводников с малой шириной запрещенной зоны существенный вклад в электропроводность может дать термоионизация молекул вещества. Однако гораздо более сильную роль играют специальные, т.н. "легирующие" добавки.

Газообразные диэлектрики. Рекомбинация носителей не затруднена, т.к. заряды разного знака могут беспрепятственно сближаться на близкое расстояние. В оценке считаем n ~ 1025 шт/м3, энергию ионизации W~10-20 эВ, подвижность электронов be~10-3 м2/(В·c), ионов bi~10-4 м2/(В·c), заряд e = 1.6 10-19 Кл. Определяющим фактором является экспоненциальный множитель e-W/kT

Отметим, что если искусственно создавать носители заряда, то в газе можно получить высокую проводимость.

2.3. Проводимость жидкостей и электролитов.

Жидкости. Современные представления о проводимости диэлектрических жидкостей состоят в следующем. Здесь носителями заряда являются ионы, т.к. электроны легко прилипают к нейтральным молекулам жидкости и не могут существовать в свободном состоянии. Кроме того, в жидкости заряды могут переноситься молионами, частицами и даже пузырьками..

НИЗКОВОЛЬТНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ

Появление носителей

заряда за счет диссоциации dni = KDn

dni dt

dt~ n e-W/kT

KD- константа диссоциации

n- плотность молекул, - частота колебаний электрона в

молекуле (~1014 1/сек), W - энергия ионизации, k - постоянная Больцмана, Т - температура. При комнатной температуре kT ~ 1/40 эВ.

W = e2/(4 0 (R1+R2))

КУДА ДЕВАЮТСЯ ЗАРЯДЫ?

ni=(n /Kr)1/2 e-W/2kT или

ni=(n KD /Kr)1/2

Для жидких диэлектриков Kr ~ 10-15 м3/cек

Эффект взаимодействия со средой называется сольватацией. Ионизироваться могут молекулы основной жидкости, или примесей, если они являются ионофорами, т.е. имеющими преимущественно ионную связь между частями молекулы. Превращение молекулы в пару ионов называется диссоциацией. Помимо ионофоров, в жидкости могут существовать ионогены, т.е. вещества, образующие ионы только при взаимодействии друг с другом.

Подвижность, связанная с движением жидкости, называется

электрогидродинамической подвижностью. Она составляет mэгд ~ (10-7 - 10-8) м2/(В·c), т.е. на три - четыре порядка меньше подвижности ионов в газах..

. В настоящее время существуют несколько новых технологий очистки жидкостей, например электродиализ, благодаря которым некоторые жидкости очищали до проводимости, не хуже лучших образцов

твердых диэлектриков, типа янтарь, т.е. до проводимости менее s ~ 10-19 Ом·м.

Электрогидродинамические процессы

Если в жидкости есть объемный заряд и на нем падает напряжение более 100 В, то возникают ЭГД-струи в которых движутся ионы.

Область существования 1014 Ом.см - 108 Ом.см

ЭГД-подвижность примерно в 10 раз превосходит подвижность ионов в слабых полях и практически не зависит от сорта

ионов. эгд ~ (3 10-7 10-8) м2/ (В c),

эгд ( 0 )1/2 3