Corriente de deriva

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

La velocidad de deriva es la velocidad promedio 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 explicación más general).

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

La corriente de deriva es la corriente eléctrica causada por partículas atraídas por un campo eléctrico. El término se usa 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 tener carga negativa, 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, este se acelerará cada vez más rápido, aproximadamente en línea recta. Una corriente de deriva se ve muy diferente de cerca. Normalmente, los electrones se mueven aleatoriamente en todas direcciones ( movimiento browniano ), cambiando de dirección con frecuencia al colisionar con los límites de grano u otras perturbaciones. Entre colisiones, el campo eléctrico los acelera sutilmente en una dirección. Así, con el tiempo, se mueven a la velocidad de deriva en promedio, pero en cualquier instante los electrones se mueven a la velocidad térmica (que suele ser mucho mayor) .

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

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 sin polarización, debido a la difusión de los portadores de carga, la corriente de difusión, que fluye de la región p a la región n, se equilibra exactamente con la corriente de deriva igual y opuesta. ^{[ 1 ]} La corriente de deriva en una unión sin polarización es causada por el campo formado debido a la redistribución de los portadores de carga, los átomos donadores y aceptores ionizados, los electrones y huecos adicionales se pierden 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 interno. ^{[ 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 electrones y huecos libres, es la corriente que atraviesa un área de un centímetro cuadrado perpendicular a la dirección del flujo.

(i) Densidad de corriente de deriva${\displaystyle J_{n}}$, debido a los electrones libres, viene dado por:

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

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

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

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

${\displaystyle p}$- 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 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 culombios

^{[ 3 ]}