Metal ve Yarıiletkenlerde Akım Yoğunluğu

Akım Yoğunluğu Tanımı

Akım yoğunluğu, biriletkenin kesit alanına düşen elektrik akımı olarak tanımlanır ve J ile gösterilir.

Akım Yoğunluğu Formülü

Bir metaldaki akım yoğunluğu, J = I/A formülü kullanılarak hesaplanır. Burada I akım, A ise kesit alanıdır.

Yarıiletkenlerdeki Akım Akışı

Yarıiletkenlerde, akım yoğunluğu hem elektronlardan hem de deliklerden kaynaklanır. Bu iki parçacık zıt yönde hareket eder ancak aynı akım yönüne katkıda bulunur.

Metaldeki Akım Yoğunluğu

2.5 mm² kesit alanına sahip bir iletkeni düşünün. Eğer bir elektrik potansiyeli 3 A'lık bir akım oluşturursa, akım yoğunluğu 1.2 A/mm² (3/2.5) olacaktır. Bu, akımın düzgün dağıldığını varsayar. Böylece, akım yoğunluğu iletkenin birim kesit alanına düşen elektrik akımı olarak tanımlanır.

J ile gösterilen akım yoğunluğu, J = I/A formülüyle verilir. Burada 'I' akım, 'A' ise kesit alanıdır. Eğer T süresinde N adet elektron bir kesit alanından geçerse, aktarılan yük Ne olur. Burada e, elektronun kulumbs cinsinden yüküdür.

Şimdi, birim zamanda kesit alanından geçen yük miktarı

Eğer L uzunluğunda iletken içinde N adet elektron varsa, o zaman elektron konsantrasyonu

Şimdi, denklem (1)'den yazabiliriz,

L uzunluğunda N adet elektron var ve hepsi T süresinde kesit alanından geçiriliyor, bu durumda elektronların sürüklenme hızı

Bu nedenle, denklem (2) şu şekilde yeniden yazılabilecektir

Şimdi, iletkeye uygulanan elektrik alanı E ise, elektronların sürüklenme hızı orantılı olarak artar,

Burada, μ elektronların mobilitesi olarak tanımlanır

Yarıiletkenlerdeki Akım Yoğunluğu

Yarıiletkenlerdeki toplam akım yoğunluğu, farklı mobilitesine sahip elektronlar ve delikler tarafından oluşturulan akım yoğunluklarının toplamıdır.

İletkenliğe İlişki

Akım yoğunluğu (J), iletkenlik (σ) ile J = σE formülü aracılığıyla ilişkilidir. Burada E, elektrik alan şiddetidir.