مکانیزم انتقال بار

**مکانیسم های انتقال بار** مدل های نظری هستند که هدف آنها توصیف کمی جریان جریان الکتریکی از طریق یک محیط است.

## نظریه
جامدات بلوری و جامدات مولکولی دو مورد شدید متفاوت از مواد هستند که سازوکارهای انتقال بار کاملاً متفاوتی از خود نشان می‌دهند. در حالیکه

در جامدات بی نظم ، پتانسیل‌های بی‌نظم منجر به اثرات ضعیف موضعی (تله‌ها) می‌شود که باعث کاهش م‌انگین مسیر آزاد و از این رو تحرک بارهای متحرک می‌شد. ترکیب مجدد حامل همچنین باعث کاهش تحرک می‌شود.

با شروع از قانون اهم و استفاده از تعریف رسانایی ، می توان برای جریان به عنوان تابعی از حامل بار &#x3BC; و میدان الکتریکی اعمال شده ، عبارت مشترک زیر را بدست آورد:

: I=GV=\sigma\frac{A}{\ell}V=\sigma AE=en\mu AE

رابطه \sigma = en\mu هنگامی است که غلظت حالتهای موضعی به‌طور قابل توجهی بالاتر از غلظت حاملهای بار است ، و با این فرض که پرش‌ها از یکدیگر مستقل هستند.

به‌طور کلی ، تحرک حامل &#x3BC; به دما T ، به میدان الکتریکی اعمال شده E و غلظت حالت های موضعی N بستگی دارد. بسته به مدل ، افزایش دما ممکن است تحرک حامل را افزایش یا کاهش دهد ، میدان الکتریکی اعمال شده می تواند با کمک به افزایش تحرک یونیزاسیون حرارتی بارهای به دام افتاده و افزایش غلظت حالت های موضعی ، تحرک را نیز افزایش دهد. حمل و نقل شارژ در یک ماده ممکن است بسته به نوع و دمای اعمال شده توسط مدلهای مختلف توصیف شود.

### تمرکز حالات موضعی
تحرک حامل به شدت به غلظت حالت های موضعی به صورت غیرخطی بستگی دارد. در مورد **پریدن نزدیکترین همسایه** ، که حد غلظت های کم است ، می توان عبارت زیر را برای نتایج آزمایشی تطبیق داد:

: \mu \propto \exp\left(-\frac{2}{\alpha N_{0}^{1/3}}\right)

جایی که N_0 غلظت است و \alpha طول موضعیت حالات موضعی است. این معادله مشخصه پرش حامل بار نامنسجم است که در غلظت های کم صورت می گیرد ، جایی که عامل محدود کننده، افت نمایی احتمال پرش با فاصله بین سایتهاست.

بعضی اوقات این رابطه به جای جریان برای هدایت بیان می شود:

: \sigma=\sigma_{0}\exp\left(-\frac{\gamma}{\alpha N_{0}^{1/3}}\right)

جایی که N_0 غلظت سایت های توزیع شده به‌طور تصادفی است ، \sigma_0 غلظت مستقل است ، \alpha شعاع موضعیت است ، و \gamma یک ضریب عددی است.

در غلظت های بالا ، انحرافی از مدل نزدیکترین همسایه مشاهده می شود و به جای توصیف حامل بار ، از هاپینگ با دامنه متغیر استفاده می شود. از هاپینگ با دامنه متغیر می توان برای توصیف سیستم های بی نظم مانند پلیمرهای دوپ شده با مولکول ، شیشه‌های با وزن مولکولی کم و پلیمرهای کونژوگه استفاده کرد. در حد سیستمهای بسیار رقیق ، وابستگی نزدیکترین همسایه \ln\sigma\propto -\gamma \alpha^{-1} N_{0}^{-1/3} معتبر است ، اما فقط با \gamma\simeq 1.73 .

### وابستگی به دما
در تراکم حامل کم ، فرمول موت برای هدایت وابسته به دما برای توصیف حامل بار استفاده می شود. در هاپینگ متغیر داریم:

: \sigma=\sigma_{0}\exp \left[-\left(\frac{T_{0}}{T}\right)^{\frac{1}{4}}\right]

که T_0 یک پارامتر است که دمای مشخصه را نشان می دهد. برای دمای پایین ، با فرض یک شکل سهموی از تراکم حالت های نزدیک به سطح فرمی ، رسانایی توسط:

: \sigma=\sigma_{0}\exp \left[-\left(\frac{\tilde{T}_{0}}{T}\right)^{\frac{1}{2}}\right]

نشان داده می شود و در تراکم حامل بالا ، وابستگی به آرنیوس مشاهده می شود:

: \sigma=\sigma_0 \exp\left(-\frac{E_{a}}{k_{\text{B}}T}\right)

در حقیقت ، رسانایی الکتریکی مواد بی نظم تحت بایاس DC دارای شکل مشابهی برای یک دامنه دمایی بزرگ است که به عنوان هدایت فعال نیز شناخته می شود:

: \sigma=\sigma_{0}\exp\left[-\left(\frac{E_a}{k_{\text{B}}T}\right)^{\beta}\right]

### میدان الکتریکی کاربردی
زمینه های الکتریکی بالا باعث افزایش تحرک مشاهده شده می شود:

: \mu\propto \exp\left(\sqrt{E}\right)

نشان داده شد که این رابطه طیف وسیعی از نقاط قدرت میدان را حفظ می کند.

### رسانایی AC
قسمتهای واقعی و خیالی رسانایی AC برای طیف وسیعی از نیمه هادیهای بی نظم به شکل زیر است:

: \Re\sigma(\omega)=C\omega^s
: \Im\sigma(\omega)=C\tan\frac{\pi s}{2}\omega^s

که در آن C ثابت است و s معمولاً کوچکتر از وحدت است.

در نسخه اصلی آن  مدل مانع تصادفی (RBM) برای رسانایی AC در جامدات بی نظم پیش بینی شده است

\sigma(\omega) =\sigma_0\frac{i\omega\tau}{\ln(1+i\omega\tau)}\,.

اینجا \sigma_0 رسانایی DC است و \tau زمان مشخصه (فرکانس معکوس) شروع رسانایی AC است. بر اساس حدس تقریباً دقیق الکساندر-اورباخ برای بعد هارمونیک خوشه تراکم ،  نمایش دقیق تر هدایت RBM AC در سال 2008 ارائه شده است 

\ln\tilde\sigma=({i\tilde\omega}/{\tilde\sigma})^{2/3}

که در آن \tilde\sigma=\sigma(\omega)/\sigma_0 و \tilde\omega فرکانس مقیاس گذاری شده است.

### رسانش یونی
مقاومت الکترونیکی الکترولیت های لایه نازک مشابه هدایت الکترون، به میدان الکتریکی اعمال شده بستگی دارد ، به‌طوری که وقتی ضخامت نمونه کاهش می یابد ، هم به دلیل کاهش ضخامت و هم افزایش رسانایی ناشی از میدان ، هدایت بهبود می یابد. وابستگی میدانی چگالی جریان j از طریق یک رسانای یونی ، با فرض اینکه یک مدل پیاده روی تصادفی با یونهای مستقل تحت یک پتانسیل تناوبی بدست آمده است:

: j \propto \sinh\left( \frac{\alpha eE}{2k_{\text{B}}T} \right)

که در آن &#x3B1; جدایی بین سایت است.

## تعیین تجربی مکانیسم های حامل بار
توصیف خصوصیات انتقال بار،ر مستلزم ساخت دستگاه و اندازه گیری خصوصیات ولتاژ جریان آن است. دستگاه هایی برای مطالعاتانتقاللبار معمولاً توسط رسوبات لایه نازک یا اتصالات شکسته ساخته می شوند . مکانیسم حمل و نقل غالب در یک دستگاه اندازه گیری شده را می توان با تجزیه و تحلیل هدایت افتراقی تعیین کرد. در فرم دیفرانسیل ، مکانیسم انتقال را می توان بر اساس ولتاژ و درجه حرارت وابسته به جریان از طریق دستگاه تشخیص داد.

بیان تحرک به عنوان محصولی از دو اصطلاح ، اصطلاح مستقل از زمینه و اصطلاح وابسته به زمینه ، معمول است:

: \mu=\mu_{0}\exp\left(-\frac{\phi}{k_{\text{B}}T}\right)\exp\left(\frac{\beta\sqrt{E}}{k_{\text{B}}T}\right)

جایی که \phi انرژی فعال سازی است و &#x3B2; وابسته به مدل است. به عنوان مثال ، برای پولپ - فرنکل ،

: \beta_{\text{PF}}=\sqrt{\frac{e^{3}}{\pi\epsilon_{0}\epsilon_{r}}}

وقتی ارتفاع سد کم است ، تونل زدن و انتشار ترمونیک معمولاً مشاهده می شود. تونل زنی با کمک حرارت یک مکانیسم "ترکیبی" است که سعی در توصیف طیف وسیعی از رفتارهای همزمان ، از تونل زنی تا انتشار حرارتی دارد.

## جستارهای وابسته
* انتقال الکترون

## بیشتر خواندن
* Nevill Francis Mott; Edward A Davis (2 February 2012). Electronic Processes in Non-Crystalline Materials (2nd ed.). OUP Oxford. ISBN 978-0-19-102328-6..mw-parser-output cite.citation{font-style:inherit}.mw-parser-output .citation q{quotes:"\"""\"""'""'"}.mw-parser-output .id-lock-free a,.mw-parser-output .citation .cs1-lock-free a{background:linear-gradient(transparent,transparent),url("//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/65/Lock-green.svg%22)right 0.1em center/9px no-repeat}.mw-parser-output .id-lock-limited a,.mw-parser-output .id-lock-registration a,.mw-parser-output .citation .cs1-lock-limited a,.mw-parser-output .citation .cs1-lock-registration a{background:linear-gradient(transparent,transparent),url("//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Lock-gray-alt-2.svg%22)right 0.1em center/9px no-repeat}.mw-parser-output .id-lock-subscription a,.mw-parser-output .citation .cs1-lock-subscription a{background:linear-gradient(transparent,transparent),url("//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/aa/Lock-red-alt-2.svg%22)right 0.1em center/9px no-repeat}.mw-parser-output .cs1-subscription,.mw-parser-output .cs1-registration{color:#555}.mw-parser-output .cs1-subscription span,.mw-parser-output .cs1-registration span{border-bottom:1px dotted;cursor:help}.mw-parser-output .cs1-ws-icon a{background:linear-gradient(transparent,transparent),url("//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Wikisource-logo.svg%22)right 0.1em center/12px no-repeat}.mw-parser-output code.cs1-code{color:inherit;background:inherit;border:none;padding:inherit}.mw-parser-output .cs1-hidden-error{display:none;font-size:100%}.mw-parser-output .cs1-visible-error{font-size:100%}.mw-parser-output .cs1-maint{display:none;color:#33aa33;margin-left:0.3em}.mw-parser-output .cs1-subscription,.mw-parser-output .cs1-registration,.mw-parser-output .cs1-format{font-size:95%}.mw-parser-output .cs1-kern-left,.mw-parser-output .cs1-kern-wl-left{padding-left:0.2em}.mw-parser-output .cs1-kern-right,.mw-parser-output .cs1-kern-wl-right{padding-right:0.2em}.mw-parser-output .citation .mw-selflink{font-weight:inherit}
* Sergei Baranovski, ed. (22 September 2006). Charge Transport in Disordered Solids with Applications in Electronics. Wiley. ISBN 978-0-470-09504-1.
* B.I. Shklovskii; A.L. Efros (9 November 2013). Electronic Properties of Doped Semiconductors. Solid-State Sciences. 45. Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-662-02403-4.
* Harald Overhof; Peter Thomas (11 April 2006). Electronic Transport in Hydrogenated Amorphous Semiconductors. Springer Tracts in Modern Physics. 114. Springer Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-540-45948-4.
* Martin Pope; Charles E. Swenberg (1999). Electronic Processes in Organic Crystals and Polymers. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-512963-2.

## منابع

رده:پدیده‌های الکتریکی
رده:صفحات با ترجمه بازبینی‌نشده
رده:فیزیک ماده چگال
رده:مقاومت و رسانایی الکتریکی
رده:حامل‌های بار