Language
Country/Area
No result found
Что такое прыжковый транспорт? Почему этот метод влияет на подвижность заряда?
В области материаловедения механизм переноса заряда является важной теоретической моделью для изучения того, как протекает электрический ток в определенной среде. Эти механизмы можно разделить на два основных типа: кристаллические твердые тела и молекулярные твердые тела. Эти две крайности отражают различные характеристики материалов при переносе заряда, что, в свою очередь, приводит к разному поведению потока заряда.
В кристаллических твердых телах перенос заряда осуществляется в основном посредством «внутреннего переноса», также известного как зонный перенос; в то время как в молекулярных твердых телах он осуществляется посредством «прыжкового переноса». Такой скачкообразный характер транспорта означает, что заряд «перескакивает» между молекулами, и на этот процесс влияют различные факторы, такие как температура, приложенное электрическое поле и концентрация локального состояния.
«В неупорядоченных твердых телах потенциал локализации приводит к слабым эффектам локализации (неподвижным точкам), которые уменьшают длину свободного пробега подвижных зарядов и, таким образом, влияют на их подвижность».
Основные понятия прыжковой передачи
Прыжковый транспорт — широко используемый механизм переноса заряда в аморфных или неупорядоченных материалах. В этом процессе носители заряда (например, электроны) должны преодолеть определенные энергетические барьеры, чтобы «прыгнуть» к окружающим молекулам или атомам. Этот механизм обычно применяется к молекулярным твердым телам и полимерным материалам.
Изменение электрического поля может повлиять на подвижность зарядов. Например, сильные электрические поля способствуют термической ионизации электронов, что облегчает им преодоление препятствий и прыжки. Это явление включает в себя как тепловое движение, так и структурные свойства материала, поэтому оно очень сложное.
Эффекты концентрации локализованных состояний
Экспериментально показано, что при увеличении концентрации локализованных состояний подвижность зарядов изменяется нелинейно. Это связано с тем, что в модели прыжков ближайшего соседа при низких концентрациях вероятность прыжка заряда экспоненциально убывает по мере увеличения расстояния между атомами или молекулами.
«В неупорядоченной системе по мере увеличения концентрации локализованных состояний подвижность зарядов, вероятно, уменьшится».
Влияние температуры на перенос заряда
Температура является важным фактором, влияющим на подвижность заряда. При повышении температуры средняя кинетическая энергия зарядов также увеличивается, что может способствовать преодолению электронами энергетических барьеров и совершению прыжков. Однако в некоторых случаях чрезмерная температура может также приводить к рекомбинации носителей заряда с локализованными состояниями, тем самым снижая подвижность.
При низкой плотности носителей для описания влияния температуры на прыжковый транспорт используется уравнение Мотта для проводимости, указывающее, что в определенном диапазоне параметров проводимость изменяется с температурой. Кроме того, по мере увеличения плотности носителей активационная проводимость, описываемая законом Аррениуса, также может существенно влиять на проводимость.
Влияние электрического поля
Приложенное электрическое поле не только влияет на движущую силу заряда, но и может существенно влиять на подвижность заряда. Исследования показали, что при низком напряжении движение носителей заряда может подчиняться экспоненциальному закону, что означает, что в условиях сильных электрических полей скорость движения носителей увеличивается.
«Исследование показывает, что применение сильного электрического поля увеличивает подвижность носителей заряда, и это было подтверждено в широком диапазоне напряженностей поля».
Экспериментальное определение и будущие перспективы
Механизм переноса заряда часто определяется путем создания устройства и измерения его вольт-амперных характеристик. Кроме того, изготовление этих устройств с использованием методов осаждения микротонких пленок или дальнейший анализ механизмов переноса с помощью других средств могут углубить наше понимание этого явления.
В настоящее время академическое сообщество продолжает активно изучать прыжковый транспорт и связанную с ним мобильность зарядов, что может стать источником инновационного вдохновения для проектирования будущих электронных материалов и устройств. Понимание прыжкового транспорта может помочь нам разработать более эффективные электронные устройства, но как эта мобильность на микроскопическом уровне влияет на нашу повседневную жизнь?
