금속과 반도체의 전류 밀도

전류밀도 정의

전류밀도는 도체의 단면적 당 전기 전류로 정의되며, J로 표시됩니다.

전류밀도 공식

금속에서의 전류밀도는 J = I/A를 사용하여 계산되며, 여기서 I는 전류이고 A는 단면적입니다.

반도체 전류 흐름

반도체에서 전류밀도는 전자와 구멍 모두에 의해 발생하며, 이들은 서로 반대 방향으로 움직이지만 동일한 방향의 전류에 기여합니다.

금속에서의 전류밀도

단면적이 2.5 제곱 mm인 도체를 상상해보세요. 만약 전기 포텐셜이 3 A의 전류를 발생시키면, 전류밀도는 1.2 A/mm² (3/2.5)가 됩니다. 이는 전류가 균일하게 분포한다고 가정한 것입니다. 따라서 전류밀도는 도체의 단면적 당 전기 전류이라고 정의됩니다.

전류밀도, J는 J = I/A로 주어지며, 여기서 'I'는 전류이고 'A'는 단면적입니다. N개의 전자가 시간 T 동안 단면을 통과하면, 전송된 전하는 Ne가 되며, e는 쿨롱 단위의 전자의 전하량입니다.

이제 단위 시간당 단면을 통과하는 전하량은

다시, N개의 전자가 도체의 길이 L에 존재한다면, 전자 농도는

이제, 식 (1)로부터 다음과 같이 쓸 수 있습니다,

N개의 전자가 길이 L에 존재하고, 그들이 시간 T 동안 단면을 통과한다면, 전자의 드리프트 속도는 다음과 같습니다,

따라서, 식 (2)는 다음과 같이 다시 쓸 수 있습니다

만약 도체에 가해진 전기장이 E라면, 전자의 드리프트 속도는 비례적으로 증가합니다,

여기서, μ는 전자의 이동도로 정의됩니다

반도체에서의 전류밀도

반도체에서의 총 전류밀도는 각각 다른 이동도를 가진 전자와 구멍의 전류밀도의 합입니다.

전도성과의 관계

전류밀도(J)는 전도성(σ)과 J = σE라는 공식을 통해 관련되며, 여기서 E는 전기장 강도입니다.