Концентрация носителей

В работах [100, 101] изложены результаты экспериментального исследования изменения интенсивности теплообмена во времени при различных гидродинамических режимах работы контуров с естественной и с вынужденной циркуляцией при выпаривании 20%-ного раствора NaCl и 60%-ного раствора NH4NO3. Исследование проведено на нормально окисленных стальных трубах внутренним диаметром 19 мм с обычным для технических труб состоянием поверхности. В контуре с естественной циркуляцией опыты проведены при двух значениях кажущегося уровня: /zyp=50% и /гур = 100%. Максимальная скорость циркуляции, зафиксированная в этих опытах, составляла: для 20%-ного раствора NaCl — оу0==0,7 м/с (/гур = 50%) и о>0=2,35 м/с (Аур=100%), для 60%-ного раствора МЩЧО3—йУ0 = 0,7 м/с (/iyp = 50%) и w0 = = 1,44 м/с (hjp= 100%). При выпаривании растворов на поверхности парогенерирующих труб постепенно нарастал слой накипи и соответственно снижалась интенсивность теплообмена. Выборочные результаты этих опытов приведены в табл. 13.3. Из табл. 13.3 видно, что как в условиях естественной циркуляции, так и при вынужденном движении жидкости скорость снижения интенсивности теплообмена увеличивается с ростом плотности теплового потока. При высоких значениях q коэффициент теплоотдачи в первые 6 сут снижается более чем в два раза, а затем процесс теплообмена стабилизируется. Резкое снижение а при высоких плотностях теплового потока объясняется тем, что в этом случае раствор у теплоотдающей поверхности достигает насыщения и из него выпадают кристаллы соли. При одном и том же значении q интенсивность отложения накипи и снижения а уменьшается при увеличении скорости циркуляции. Например, при q — 396 кВт/м2 и при Wo = 3 м/с в течение 24 сут значение а снижается в 1,305 раза, а при т>0=5 м/с — только в 1,02 раза. Таким образом, повышение скорости циркуляции является эффективным средством борьбы с образованием накипи на теплоотдающей поверхности. Следует отметить, что в рассматриваемом нами случае опыты проведены с высококонцентрированными растворами. Для NaCl массовая концентрация насыщения снас~29%, поэтому при исходной концентрации с=20% раствор у поверхности нагрева быстро становился насыщенным. Чтобы избежать быстрого засаливания поверхности парогенерирующих труб при упаривании высококонцентрированных растворов, часто применяют выпарные аппараты с вынесенной зоной кипения.

Действительно, концентрация насыщения раствора при неизменной дисперсности минерала (влияние упругой деформации на поверхностную энергию пренебрежимо мало) зависит только от температуры, и кратковременное пересыщение в прилегающем тонком слое раствора, вызванное приложенным напряжением вследствие увеличения химического потенциала кристалла, приводит к немедленному обратному осаждению всей растворившейся < твердой фазы в виде осадка с ненапряженной решеткой (эпитак-сия скажется только на первых моноатомных слоях, что имеет значение для равновесного потенциала металла и скорости растворения минерала в ненасыщенном растворе, но несущественно для минерала в пересыщенном растворе в связи с быстрым образованием толстого слоя осадка). В результате на поверхности кристалла, покрытого этим осадком, восстановится прежнее фазовое равновесие, и влияние напряжений не удастся зафиксировать. Поэтому механохимическое растворение минералов следует изучать в растворах, далеких от насыщения, используя нестационарные кинетические методы. -

Действительно, концентрация насыщения раствора при неизменной дисперсности минерала (влияние упругой деформации на поверхностную энергию пренебрежимо мало) зависит только от температуры. Кратковременное пересыщение в прилегающем тонком слое раствора, вызванное приложенным напряжением вследствие увеличения химического потенциала кристалла, приводит к немедленному обратному осаждению всей растворившейся твердой фазы в виде осадка с ненапряженной решеткой (эпитаксия скажется только на первых моноатомных слоях, что имеет значение для равновесного потенциала металла и скорости растворения минерала в ненасыщенном растворе, но несущественно для минерала в пересыщенном растворе в связи с быстрым образованием толстого слоя осадка). В результате на поверхности кристалла, покрытого этим осадком, восстановится прежнее фазовое равновесие, и влияние напряжений не удастся зафиксировать. Поэтому механохимическое растворение минералов-следует изучать в растворах, далеких от насыщения, используя нестационарные кинетические методы.

где t — длительность изотермической выдержки при термообработке системы металл — стекломасса, сек; С0 — эффективная концентрация насыщения, г/см3; D — коэффициент диффузии, см^/сек; Пу — значение показателя преломления вне диффузионного слоя (в объеме образца); п0 — значение показателя преломления при концентрации олова С = С0. Длительность диффузионного отжига для всех образцов (f) 1800 сек. Длительностью переходных процессов при -сливании стекломассы на поверхность металла и при охлаждении слитков, по сравнению с длительностью диффузионного отжига, можно пренебречь. При увеличении длительности отжига до t = 3600 сек на межфазной границе выделяются крупные включения кристо-баллита.

где п — концентрация растворенных атомов в момент времени t; п.» — концентрация насыщения; а—константа скорости растворения; 5 — поверхность твердого металла, находящегося в контакте с жидким; Vm — объем жидкого металла; t — время, ч.

п0 — концентрация насыщения;

где RK3 — потеря массы с единицы поверхности твердого металла в единицу времени; а — константа скорости растворения твердого металла; рж — плотность жидкого металла; /г*, — концентрация насыщения; 5 — площадь поверхности твердого металла, погруженной в жидкий металл; Т — время; Уш — объем жидкого металла [199].

зоне; «г.оо — концентрация насыщения жидкого металла

при температуре горячей зоны; ««.со — концентрация насыщения при температуре

концентрация насыщения уменьшается. Избыточное количество примесей выпадает в виде кристаллов. Процесс очистки состоит из двух основных стадий: первая — охлаждение металла до образования пересыщенного раствора и инициирования кристаллизации примесей; вторая — удаление кристаллов из потока теплоносителя. Ясно, что предельное содержание примеси, которое может обеспечить такая ловушка, определяется температурой, до которой осуществляется охлаждение потока. Поскольку эту температуру целесообразно принимать возможно низкой (обычно на 10—30°С выше температуры плавления), подобные ловушки получили название холодных. В настоящее время холодные ловушки рассматриваются как основное средство очистки натрия от кислорода и водорода во всех странах, где ведутся работы по проектированию реакторов на быстрых нейтронах [13].

воде по данным химического анализа; Ф — степень упаривания воды в системе; /2 — коэффициент активности для двухвалентных ионов; Vi — концентрация насыщения CaSO4 для данной циркуляционной воды.

ФОТОПРОВОДИМОСТЬ, фоторези-стивный эффект,- увеличение электрич. проводимости в-ва под действием света. Ф. - следствие изменения распределения электронов в ПП (см. Зонная теория], к-рое вызывается поглощением оптич. излучения. Различают концентрационную Ф., связанную с тем, что при облучении увеличивается концентрация носителей тока (электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне); подвижностную Ф., связанную с изменением подвижности носителей тока в ПП при индуцируемых облучением внутризонных переходах электронов проводимости и дырок. На явлении Ф. осн. действие фо торезис торов.

электропроводность уменьшается. При дальнейшем уменьшении температуры в области II наблюдается насыщение, т. е. все примесные атомы и число носителей тока постоянны; небольшое изменение электропроводности объясняется изменением подвижности носителей тока; при ее увеличении электропроводность возрастает. Область /// характеризует примесную проводимость. С понижением температуры электропроводимость уменьшается, так как концентрация носителей тока уменьшается, а их подвижность практически не изменяется.

ФОТОПРОВОДИМОСТЬ — изменение электрич. проводимости веществ под действием электромагнитного излучения. Ф.— следствие изменения распределения электронов в ПП или диэлектрике (см. Зонная теория), к-рое вызывается поглощением электромагнитного излучения. Различают концентрационную Ф., связанную с тем, что при облучении увеличивается концентрация носителей тока (электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне); подвижностную Ф., связанную с изменением подвижности носителей тока в ПП при индуцируемых облучением внутри-зонных переходах электронов проводимости и дырок. На явлении Ф. осн. действие фоторезисторов.

Чаще всего в широком интервале температур концентрация носителей тока в полупроводниках определяется примесями: такие полупроводники называются примсс-:ными.

Характер влияния донорных и акцепторных уровней на валентную зону или зону проводимости зависит от энергии Ферми (обычно называемой уровнем Ферми), положения энергетического уровня и температуры. Энергия Ферми в свою очередь зависит от концентрации носителей тока. Например, если концентрация носителей не слишком велика (невырожденный случай), то концентрации дырок и электронов соответственно можно представить в виде

ном материале. Можно считать, что концентрация носителей в материале базы этих диодов составляла 1019—1020 смгъ. Пик тока остается почти постоянным с увеличением интегрального потока, однако ток в провале вольт-амперной характеристики, или сверхток, увеличивается с облучением. Это подтверждает высказанное в работе [87] предположение о том, что появление сверхтока обусловлено туннельными эффектами через

В работах [49, 57] тоже сообщается об опытах по облучению диодов Зенера типа 1N430B. Результаты этих работ хорошо согласуются с результатами Ксавье [85]. Наблюдалось, что под действием интегрального потока 7,4-101в нейтрон/см* (Е > 0,48 эв) опорные напряжения диодов Зенера изменились на 20%. Кроме кремниевых в реакторе GETP-1A облучали диоды из GaAs типа XD1. Сообщается, что опорные напряжения этих диодов мало или совсем не изменялись вплоть до интегральных потоков 2,8-1015 нейтрон /см2 (Е >• 0,48 эв) и изменялись примерно на 20% при 101в нейтрон /см2 (Е > 0,48 эв). Не совсем ясно, что понимать под словами «мало или совсем не изменялись», но можно ожидать, что более высокая концентрация носителей в арсениде галлия обусловливает более высокую стойкость диодов Зенера.

Из формул (6.7) и (6.8) следует, что концентрация свободных носителей заряда в данной зоне определяется расстоянием этой, зоны от уровня Ферми: чем больше это расстояние, тем ниже концентрация носителей, так как ц и \а' отрицательны.

Область высоких температур (область собственной проводимости). Высокими температурами считаются температуры, при которых происходит столь . сильное возбуждение собственных носителей, что их концентрация начинает значительно превышать концентрацию «примесных» носителей: п{ ^> япр = Nn. Поэтому концентрацию электронов в зоне проводимости можно считать равной nit а дырок в валентной — pt. Уровень Ферми в этом случае определяется соотношением (6.10), а концентрация носителей — соотношением (6. 12). 'На рис. 6.4, б, в показаны положение уровня Ферми и концентрация электронов в области собственной проводимости (область 3). Можно приблизительно определить температуру перехода к собственной проводимости Tt, если положить ц, в формуле (6.17) равным jv

Понятие "о неравновесных носителях. При температуре, отличной от абсолютного нуля, в полупроводнике происходит тепловое возбуждение (генерация) свободных носителей заряда. Если бы этот процесс был единственным, то концентрация носителей непрерывно возрастала бы с течением времени. Однако вместе с процессом генерации возникает процесс рекомбинации: электроны, перешедшие в зону проводимости или на акцепторные уровни, вновь возвращаются в валентную зону или на донорные уровни, что приводит к уменьшению концентрации свободных носителей заряда. Динамическое равновесие между этими процессами при любой температуре приводит к установлению равновесной концентрации носителей, описываемой формулами (6.7) и (6.8). Такие носители называются равновесными.

где A/I, Ар — избыточная концентрация электронов и дырок в данный момент; знак « — » указывает на то, что в процессе рекомбинации концентрация носителей уменьшается.