金属和半导体的电流密度

的概念电流密度很简单,但它是多用途充分的领域电气工程

金属电流密度

假设,我们有一个截面为2.5平方毫米的导体,现在由于应用电势,导体携带3a的电流。现在,电流导体所携带的每平方毫米其横截面是3/2.5 = 1.2 A。这里我们认为导体中的电流在其截面上是均匀分布的。现在这个1。2安培是电流密度显然,它的测量单位是安培每平方毫米或更多,理论上是安培每单位面积。因此,电流密度可以定义为导体在导电介质单位横截面上所携带的电流。

我们用J表示电流密度,J等于I/A。在这里,“我”是均匀分布电流是由导体的横截面积如果总N的电子通过导体的横截面在时间T,那么不就是电荷转移通过截面在同一时间T e是电子的电荷库仑

单位时间内通过横截面的电荷量是

如果N个电子在导体的L长度内,那么电子浓度为

从方程(1)可以得出,

因为有N个电子的长度为L,并且它们都在时间T通过横截面,所以漂移速度电子的数量是,

因此,式(2)也可以改写为

如果应用电场对导体来说是E,那么电子的漂移速度成比例地增加,

其中,μ定义为电子迁移率

半导体电流密度

为了计算半导体的电流密度,需要考虑一些因素。

  1. 在半导体中,电流的流动不仅是由于电子,而是由于电子和空穴的漂移。
  2. 空穴的运动总是与相应电子的运动相反。
  3. 空穴为其运动方向提供电流,而电子则为其运动方向相反的方向提供电流。因此,这两个电流将是在同一个方向。
  4. 半导体中引起电流的电子通过导带,而引起电流的空穴通过价带。这就是为什么电子和空穴的迁移率是不同的半导体

半导体电流密度会,

在那里,我n是由于移动电子而产生的电流密度。

在那里,我p为移动空穴造成的电流密度,

然后,

其中,n和p分别为移动电子和空穴的浓度,e为每个电子和空穴的绝对电荷,μn和μp分别为电子迁移率和空穴迁移率。

电流密度和电导率之间的关系是什么?

电流密度的表达式为

V是应用的电压在导体,
R是电阻的导体,
A是导体的截面积,
L是导体的长度,
ρ是导体电阻率,
σ(= 1/ρ)是导体导电率
E是电场强度电压/长度。

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