Corriente de deriva

Movimiento de portadores de carga debido al campo eléctrico aplicado

En la física de la materia condensada y la electroquímica , la corriente de deriva es la corriente eléctrica o el movimiento de los portadores de carga que se debe al campo eléctrico aplicado , que a menudo se expresa como la fuerza electromotriz a lo largo de una distancia determinada. Cuando se aplica un campo eléctrico a través de un material semiconductor, se produce una corriente debido al flujo de portadores de carga.

La velocidad de deriva es la velocidad media de los portadores de carga en la corriente de deriva. La velocidad de deriva y la corriente resultante se caracterizan por la movilidad ; para más detalles, consulte movilidad electrónica (para sólidos) o movilidad eléctrica (para una discusión más general).

Consulte la ecuación de deriva-difusión para ver la forma en que la corriente de deriva, la corriente de difusión y la generación y recombinación de portadores se combinan en una sola ecuación.

Descripción general

La corriente de deriva es la corriente eléctrica que se produce cuando las partículas son atraídas por un campo eléctrico. El término se utiliza más comúnmente en el contexto de electrones y huecos en semiconductores , aunque el mismo concepto también se aplica a metales, electrolitos , etc.

La corriente de deriva es causada por la fuerza eléctrica : las partículas cargadas son empujadas por un campo eléctrico. Los electrones, al estar cargados negativamente, son empujados en la dirección opuesta al campo eléctrico, mientras que los huecos son empujados en la misma dirección que el campo eléctrico, pero la corriente convencional resultante apunta en la misma dirección que el campo eléctrico en ambos casos.

Si se aplica un campo eléctrico a un electrón en el vacío, el electrón se acelerará cada vez más rápido, aproximadamente en línea recta. Una corriente de deriva se ve muy diferente de eso de cerca. Normalmente, los electrones se mueven aleatoriamente en todas direcciones ( movimiento browniano ), cambiando frecuentemente de dirección cuando chocan con los límites de grano u otras perturbaciones. Entre colisiones, el campo eléctrico los acelera sutilmente en una dirección. Entonces, con el tiempo, se mueven a la velocidad de deriva en promedio, pero en cualquier instante los electrones se mueven a la velocidad térmica (típicamente mucho más rápida) .

La cantidad de corriente de deriva depende de la concentración de portadores de carga y su movilidad en el material o medio.

Corriente de deriva versus corriente de difusión

La corriente de deriva ocurre frecuentemente al mismo tiempo que la corriente de difusión ; la siguiente tabla compara las dos formas de corriente:

Corriente de deriva en un diodo de unión pn

En un diodo de unión pn , los electrones y los huecos son los portadores de carga minoritarios en la región p y la región n, respectivamente. En una unión no polarizada, debido a la difusión de los portadores de carga, la corriente de difusión, que fluye desde la región p a la n, está exactamente equilibrada por la corriente de deriva igual y opuesta. ^[1] La corriente de deriva en una unión no polarizada es causada por el campo formado debido a la redistribución de los portadores de carga, los átomos donantes y aceptores ionizados pierden electrones y huecos adicionales por difusión, dejando así iones positivos y negativos. Estos iones en la red cristalina dan como resultado una disparidad de carga, creando un campo eléctrico incorporado. ^[2] En una unión pn polarizada, la corriente de deriva es independiente de la polarización, ya que el número de portadores minoritarios es independiente de los voltajes de polarización. Pero como los portadores de carga minoritarios pueden generarse térmicamente, la corriente de deriva depende de la temperatura.

Cuando se aplica un campo eléctrico a través del material semiconductor, los portadores de carga alcanzan una determinada velocidad de deriva. Este efecto combinado del movimiento de los portadores de carga constituye una corriente conocida como "corriente de deriva". La densidad de corriente de deriva debida a los portadores de carga, como los electrones libres y los huecos, es la corriente que pasa a través de un área de un centímetro cuadrado perpendicular a la dirección del flujo.

(i) La densidad de corriente de deriva , debida a los electrones libres, viene dada por: ${\displaystyle J_{n}}$

${\displaystyle J_{n}=qn\mu _{n}E\quad {\frac {\text{A}}{{\text{cm}}^{2}}}}$

(ii) La densidad de corriente de deriva , debido a los agujeros, viene dada por: ${\displaystyle J_{p}}$

${\displaystyle J_{p}=qp\mu _{p}E\quad {\frac {\text{A}}{{\text{cm}}^{2}}}}$

Dónde: - Número de electrones libres por centímetro cúbico
${\displaystyle n}$

${\displaystyle p}$- Número de agujeros por centímetro cúbico

${\displaystyle \mu _{n}}$– Movilidad de los electrones en ${\displaystyle {\frac {{\text{cm}}^{2}}{{\text{V}}\cdot {\text{s}}}}}$

${\displaystyle \mu _{p}}$– Movilidad de los agujeros en ${\displaystyle {\frac {{\text{cm}}^{2}}{{\text{V}}\cdot {\text{s}}}}}$

${\displaystyle E}$– Intensidad del campo eléctrico aplicado en ${\displaystyle {\frac {\text{V}}{\text{cm}}}}$

${\displaystyle q}$– Carga de un electrón = 1,6 × 10 ⁻¹⁹ culombio[1]

^[3]

Referencias

1. Halliday (2007). Física, volumen 2, 5.ª edición . Wiley-India, 2007. pág. 1115. ISBN 978-81-265-1089-4.
2. Sze, Simon M.; Li, Yiming; Ng, Kwok K. (19 de marzo de 2021). Física de dispositivos semiconductores. John Wiley & Sons. pág. 98. ISBN 978-1-119-61800-3.
3. Halliday (2007). Física, volumen 2, 5.ª edición . Wiley-India, 2007. pág. 1117. ISBN 978-81-265-1089-4.