Poole–Frenkel-hatás

A szilárdtestfizikában Poole–Frenkel-hatásnak nevezik azt a jelenséget, amely során egy elektromos szigetelő anyagban elektromos vezetés alakulhat ki egy külső elektromos tér hatására.^[1]

A jelenség Horace Poole ír és Jakov Iljics Frenkel szovjet fizikusok nevét viseli. Az összefüggést először Frenkel közölte 1938-ban.^[2]

Értelmezése

A szigetelőkben a töltéshordozók jellemzően lokalizált pályán mozognak, egy-egy atom vagy molekula környezetéből nem távolodnak el, emiatt nem lép fel makroszkopikus áram. Azonban a szilárdtestekben a termikus gerjesztés hatására az elektronok energiája kissé fluktuál, így az elektronok egy kis hányada a vezetési sávba léphet. A felgerjedt elektron a vezetévi sávban delokalizált pályára kerül, az anyagban makroszkopikusan is elmozdulhat, majd relaxáció következtében energiáját leadva ismét lokális pályára jut.

A Poole–Frenkel-hatás azt fejezi ki, hogy ezt a mechanizmust erős külső elektromos tér hogyan segíti, azaz az elektromos tér által átadott energia és a termikus fluktuáció során nyert energia miképpen tudja együtt megnövelni a vezetési sávba ugrást.

A fentiek együttes hatásából következő áramsűrűség az alábbi empirikus összefüggéssel írható le:^[1]^[3]

$J\propto E\exp \left({\frac {-q\left(\phi _{B}-{\sqrt {qE/(\pi \varepsilon )}}\ \right)}{k_{B}T}}\right)$ ,

ahol $J$ az áramsűrűség a szigetelőben, $E$ az elektromos térerősség, $q$ az elemi töltés, $\phi _{B}$ a külső tér nélkül mérhető feszültséggát, amit az elektronnak át kell ugrania, $\varepsilon$ az anyag elektromos permittivitása, $k_{B}$ a Boltzmann-állandó, $T$ pedig a hőmérséklet.

Jegyzetek

↑ ^a ^b Sze, S. M.. Physics of semiconductor devices. Wiley-Interscience (2007). ISBN 978-0-471-14323-9. OCLC 74680973
↑ J. Frenkel, "On pre-breakdown phenomena in insulators and electronic semi-conductors", Phys. Rev., vol. 54, pp. 647-648, 1938. Frenkel a nevezett írásában utal egy bizonyos empirikus összefüggésre, mint Poole-törvénye.
↑ Rottländer et al., Phys. Rev. B 65, 054422 (2002)

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Poole–Frenkel effect című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Források

Tananyagok, ismeretterjesztő weblapok

Elektron transzport - vezetés pp. 25, 27. (Hozzáférés: 2018. július 12.)

Szakkönyvek

Sze, S. M.. Physics of semiconductor devices. Wiley-Interscience (2007). ISBN 978-0-471-14323-9. OCLC 74680973

Fizikaportál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap

[Sze-1] Sze, S. M.. Physics of semiconductor devices. Wiley-Interscience (2007). ISBN 978-0-471-14323-9. OCLC 74680973

[2] J. Frenkel, "On pre-breakdown phenomena in insulators and electronic semi-conductors", Phys. Rev., vol. 54, pp. 647-648, 1938. Frenkel a nevezett írásában utal egy bizonyos empirikus összefüggésre, mint Poole-törvénye.

[rottlaender-3] Rottländer et al., Phys. Rev. B 65, 054422 (2002)

[1]

[2]

[3]