Carga espacial

La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 4 de septiembre de 2017; la verificación requiere 1 edición .

La carga espacial es una carga eléctrica  distribuida no compensada del mismo signo. Las cargas espaciales surgen en lámparas de vacío y de descarga de gas en el espacio entre electrodos , así como en regiones no homogéneas de dispositivos semiconductores , y afectan fuertemente el paso de corriente a través de estas regiones, lo que lleva a características de corriente-voltaje no lineales de tales dispositivos.

Ejemplos

Por ejemplo, en un diodo de vacío , cuando la corriente fluye entre el cátodo y el ánodo , en el espacio entre ellos hay una cierta concentración de electrones que tienen una carga negativa. Al mismo tiempo, no hay iones con carga positiva en esta región y, por lo tanto, se forma una nube de electrones con carga negativa. Esta nube impide la emisión de electrones desde el cátodo.

También surgen cargas espaciales en los diodos semiconductores en la región de la unión pn . Los electrones de un semiconductor de tipo n en la región de dicha transición se difunden en un semiconductor de tipo p, donde se recombinan con huecos . De manera similar, los huecos se difunden desde un semiconductor de tipo p a un semiconductor de tipo n, donde se recombinan con electrones. Como resultado, alrededor de la unión pn aparecen regiones con escasez de electrones y regiones con exceso de electrones, respectivamente cargadas positiva y negativamente. En la región del semiconductor de tipo n con escasez de electrones, los donantes crean una carga positiva, y en la región del tipo p con un exceso, los aceptores crean una carga negativa, en la que se capturan los electrones.

Campo eléctrico en la región de carga espacial

Las cargas eléctricas no compensadas crean un campo eléctrico a su alrededor . Por lo tanto, las regiones de carga espacial son simultáneamente regiones de un campo eléctrico no homogéneo. Esta situación es fundamentalmente diferente del caso del flujo de corriente eléctrica en conductores homogéneos o semiconductores. Cuando una corriente eléctrica fluye a través de una sustancia homogénea, la neutralidad eléctrica se mantiene en cada punto de esta sustancia y el campo eléctrico permanece uniforme. En la región de carga espacial, el campo eléctrico no es uniforme. Por lo general, estas áreas representan la mayor parte de la caída de voltaje cuando fluye la corriente.

Corriente limitada de carga espacial

La corriente eléctrica en el diodo de vacío, debido a la falta de homogeneidad del campo eléctrico en la región de carga espacial, depende de manera no lineal del voltaje entre los electrodos.

,

donde j es la densidad de corriente, V es el voltaje y C es un coeficiente que depende de la forma de los electrodos. Para electrodos planos

.

Aquí L es la distancia entre los electrodos, e es la carga del electrón, m es la masa del electrón.

Esta relación se denomina ley de Childe-Langmuir .

Por lo tanto, la característica corriente-voltaje de un diodo de vacío es esencialmente no lineal. A voltajes bajos entre los electrodos, la carga espacial impide fuertemente el paso de la corriente. Un aumento en el voltaje conduce al estiramiento de la región de carga espacial y, por lo tanto, la corriente crece más rápido que linealmente.

Literatura

Enlaces