Эмпирическое эмиссионное уравнение

Уравнение Шокли для ВАХ прямого тока полупроводникового диода противоречит эксперименту - ВАХ по уравнению Шокли при нескольких температурах окружающей среды имеет неправильное направление монотонности функции тока от температуры (ток убывает при росте температуры, а в эксперименте ток возрастает). В результате экспериментального исследования мы пришли к выводу об ошибочности уравнения Шокли - это первый шаг к доказательству ошибочности теории электронно-дырочной проводимости (ЭДП) и первый шаг в задаче разработки новой физики электронных приборов. Дальнейшие наши поиски будут касаться изучения природы эмпирического уравнения, полученного выше в экспериментальных исследованиях, что позволит заодно выявить ещё ряд ошибок, присутствующих в современной физике.

В этой главе попробуем привести новое эмпирическое уравнение к более рациональной форме. В последней математической модели, построенной на рис. 1.2.16, было использовано две формулы (1.2.01) и (1.2.04). Логарифмическое уравнение (1.2.01) возникает благодаря присутствию в цепи идеального диода некоторого добавочного резистора R_D (R_D=0.25 Ом для диода КД213А). Влияние резистора R_D можно включить в параметр U_B, несколько модифицировав формулу для U_B:

U_B = U_V + Ia • 0,25.

Также отметим, что U_F = U_B + 0,276 В. Экспериментально было проверено, что это правило хорошо вписывается в математическую модель. Теперь перепишем эмиссионное уравнение для прямого тока кремниевого полупроводникового диода КД 213А:

Ln(Ia /1A) = K_T • ( T • (U_F -Ua) + T_F • (Ua-U_B) ) (1.3.01),

где:

Ia — ток через открытый переход (Ампер),

Ua — напряжение на открытом переходе (Вольт),

T — температура (Кельвин),

K_T — коэффициент (Кельвин⁻¹ • Вольт⁻¹),

T_F — параметр, имеющий размерность температуры (Кельвин),

U_B — параметр, имеющий размерность напряжения (Вольт),

U_F — параметр, имеющий размерность напряжения. (Вольт),

U_D = 0,276 — параметр, имеющий размерность напряжения (Вольт).

Также учитывая U_D, можно вывести математическую модель ВАХ прямого тока полупроводникового диода КД213А:

Ln(Ia/1A) = K_T • ( T • U_D - ( T- T_F ) • (Ua - U_B) ) (1.3.02),

где:

K_T = 0,0956 Кельвин⁻¹ • Вольт⁻¹,

T_F =605, Kельвин,

U_B = U_V + Ia • R_D (Вольт),

U_D = 0,276 Вольт,

U_V = 0,885 Вольт,

R_D = 0,25 Ом,

T < T_F .

Определение 1: выражение вида ΔF = ΔT • ΔU называется составным термоэлектрическим потенциалом (СТЭП).

Если в уравнении (1.3.02) обозначить:

ΔF₁ = T • U_D,

ΔF₂ = ( T- T_F ) • (Ua - U_B),

то уравнение (1.3.02) будет иметь вид:

Ln(Ia/1A) = K_T • ( ΔF₁ - ΔF₂ ) (1.3.03)

Определение 2: Уравнение вида: Ln(Ia/1A) = K_T • ( ΔF₁ - ΔF₂ ) называется эмиссионным уравнением.

В дальнейшем мы докажем, что подобным уравнением можно описывать также ток электровакуумного диода. Эмиссионное уравнение для ВАХ прямого тока кремниевого полупроводникового диода имеет вид:

Ia = (1А) ∙ exp( K_T • (T • U_D - ( T- T_F ) • (Ua – U_V – Ia • R_D))) (1.3.04),

или, если обозначить T=Tc – температура окружающей среды, то:

Ia = (1А) ∙ exp( K_T • (Tc • U_D – ( Tc – T_F ) • (Ua – U_V – Ia • R_D))) (1.3.05)

где 1А – размерность 1 Ампер, Tc – температура среды.

Из предложенного эмиссионного эмпирического уравнения мы видим, что прямой ток полупроводникового диода функционально зависит от разности электрических потенциалов, умноженных на температурный напор (разность температур). Наличие температурного напора говорит о том, что явление односторонней проводимости (ОП) полупроводникового диода существует как раз благодаря присутствию в данном явлении теплового процесса! Явление ОП полупроводникового диода находится в разделе физики в непосредственном родстве с эффектами Зеебека и Пельтье! Получается, что полупроводниковый диод – это полупроводниковая термопара. В обычной термопаре, выполненной из металлов-проводников, они очень хорошо проводят тепло - у такой термопары температурные потенциалы («температурные напоры») очень малы. Наличие полупроводниковых материалов приближает данное явление к термоэлектронной эмиссии электровакуумного диода.

Если мы собрались создавать новую физику электронных приборов, то поневоле нам придётся столкнуться со старой терминологией - сегодня все специалисты говорят на языке теории электронно-дырочной проводимости (ЭДП). Итак, электронной и дырочной проводимости не существует - существует только электронная проводимость, которую мы будем называть просто проводимостью. Нам надо избавиться от старых терминов и создать новые, поэтому старые термины мы будем обозначать подчёркнутым шрифтом и заменять новыми терминами - это в какой-то мере спасёт новую науку от неточностей и неправильных выводов. Список неправильных (ошибочных) терминов:

PN–переход.

P-зона, N–зона.

Донор, акцептор.