1.1.9. Эмпирическое уравнение, заменяющее ошибочное уравнение Шокли для вольт-амперной характеристики прямого тока полупроводникового диода.

Уравнение Шокли для вольт-амперной характеристики прямого тока полупроводникового диода противоречит эксперименту, при измерении вольт-амперных характеристик при нескольких температурах окружающей среды. Уравнение Шокли имеет неправильное направление монотонности функции от температуры. В уравнении Шокли ток Ia убывает при росте температуры. В эксперименте и в полученном эмпирическом уравнении ток Ia возрастает.

В результате нашего экспериментального исследования мы пришли к выводу об ошибочности уравнения Шокли. Это первый шаг к доказательству ошибочности ЭДП. Это первый шаг к возникновению задачи: разработка новой физики электронных приборов.

Дальнейшие наши поиски будут касаться изучению природы эмпирического уравнения, полученного нами в экспериментальном исследовании. Эти поиски позволят выявить ещё ряд ошибок, присутствующих в современной физике.

В этой главе попробуем привести новое эмпирическое уравнение к более рациональной форме. В последней нашей математической модели, построенной на рисунке 1.27. для построения модели было использовано две формулы: (1.1.8.,04) и (1.1.6.,02).

Логарифмическое уравнение (1.1.6.,02) возникает благодаря присутствию в цепи идеального диода некоторого добавочного резистора R_D . R_D для диода КД213А равно 0.25 Ом. Влияние резистора R_D можно включить в параметр U_B, несколько модифицировав формулу для U_B

U_B = 0,885 + Ia ∙ 0,25 .

Также отметим, что U_F = U_B + 0,276 В ; Экспериментально было проверено, это правило хорошо вписывается в математическую модель. Теперь перепишем эмиссионное уравнение для прямого тока кремниевого полупроводникового диода КД 213А:

Ln(Ia /1A) = K_T ∙ ( T ∙ (U_F -Ua) + T_F ∙ (Ua-U_B) ) (1.1.9.,01)

где: K_T = 0,0956 Вольт^-1 ∙ Кельвин^-1;

T_F =605,2 Kельвин;

U_B = 0,885 + Ia ∙ 0,25 ; (в Вольтах)

U_F = U_B + U_D ; (в Вольтах)

U_D = 0,276 Вольт.

Учитывая U_D можно вывести математическую модель вольт-амперной характеристики прямого тока полупроводникового диода КД213А:

Ln(Ia/1A) = K_T ∙ ( T ∙ U_D - ( T- T_F ) ∙ (Ua - U_B) ) (1.1.9.,02)

где:

K_T = 0,0956;

T_F =605, Kельвин;

U_B = Uv + Ia ∙ R_D ; (в Вольтах)

U_D = 0,276 Вольт ;

Uv = 0,885;

R_D = 0,25;

T < T_F .

Определение 1: выражение вида ΔF =ΔT ∙ ΔU называется составным термоэлектрическим потенциалом.

Если в уравнении (1.1.9.,02) обозначить:

ΔF₁ =T ∙ U_D,

ΔF₂ = ( T- T_F ) ∙ (Ua - U_B),

То уравнение (1.1.9.,02) будет иметь вид:

Ln(Ia/1A) = K_T ∙ ( ΔF₁ - ΔF₂ ) (1.1.9.,03)

Определение 2: Уравнение вида Ln(Ia/1A) = K_T ∙ ( ΔF₁ - ΔF₂ ) называется эмиссионным уравнением.

Покажем в дальнейшем, что подобным уравнением можно описывать ток электровакуумного диода.

Эмиссионное уравнение для вольт-амперной характеристики прямого тока кремниевого полупроводникового диода имеет вид:

Ia = 1А ∙ exp( K_T ∙ (T ∙ U_D - ( T- T_F ) ∙ (Ua – Uv – Ia ∙ R_D))) (1.1.9.,04)

или

(1.1.9.,05)

где 1А – размерность в 1 Ампер, Tc – температура среды.

Из предложенного эмиссионного эмпирического уравнения мы видим, что прямой ток полупроводникового диода функционально зависит от разности электрических потенциалов, умноженных на температурный напор (разность температур). Наличие температурного напора говорит нам о том, что явление односторонней проводимости (явление ОП) у полупроводникового диода существует благодаря присутствию в данном явлении теплового процесса. Явление ОП полупроводникового диода находится в разделе физики в непосредственной близости с явлениями эффекта Зеебека и эффекта Пельтье.

Получается, что полупроводниковый диод – это полупроводниковая термопара. У обычной термопары, выполненной из металлов проводников, металлы очень хорошо проводят тепло. У такой термопары температурные потенциалы (температурные напоры) очень малы. Наличие же полупроводниковых материалов приближает данное явление к термоэлектронной эмиссии электровакуумного диода.

Если мы собрались создавать новую физику электронных приборов, то поневоле нам придётся столкнуться со старой терминологией. Сегодня все специалисты говорят на языке теории ЭДП.

Итак, электронной и дырочной проводимости не существует, существует только электронная проводимость, которую мы будем называть просто: проводимость.

Нам надо избавиться от старых терминов и создать новые. Потому старые термины мы будем обозначать подчёркнутым шрифтом и заменять новыми терминами. Это спасёт в какой-то мере новую науку от неточностей и неправильных выводов. Список неправильных (ошибочных) терминов:

PN–переход.

P-зона, N–зона.

Донор, акцептор.

Дырочная и электронная проводимость.

Узкая и широкая запрещённые зоны.

Уровни Ферми.

Концентрация электронов и дырок.

Экситоны.

Принцип Паули.

Вырожденный и невырожденный.

Электронный газ.

Фотоэлектронная эмиссия.

Работа выхода.

Инжекционный ток.

Фононы.

Я привёл несколько терминов явлений, понятий, которые в реально-сти не существуют. Особо хочу отметить термин фотоэлектронная эмиссия. Вся проблема этого термина в том, что воздействие энергии на фотоэлектронный прибор, приносимой световой волной, приводит к тому, что включается процесс термоэлектронной эмиссии, который называют фотоэлектронной эмиссией. Эту ошибку необходимо исправить, называя явление правильным термином.

Практически вся физика электронных приборов базируется на двух важных полях: электрическом поле и тепловом поле. И потому, что этой теории в физике ещё нет, практически всю теорию электронных приборов необходимо создавать заново. Ошибки имеются и в термодинамике – именно в том вопросе, что температуру не определяют как потенциал. И практически невозможно использовать все идеи и понятия квантовой механики. Мягко говоря, квантовая механика заблудилась в поиске истины.

Для примера, можно попытаться объяснить физический смысл параметра T_F из эмиссионного уравнения.

Температура T_F связана с параметром энергии для преимущественного перехода электрона из зоны N в зону P полупроводникового диода. Зона N – с донорной примесью. Зона P – с акцепторной примесью.

Можно заметить, что нам приходится использовать термины теории ЭДП. Многие термины теории ЭДП, квантовой механики придётся использовать и в дальнейшем, поясняя при этом особенности новой физики.

То, что мы выяснили в первую очередь, проведя экспериментальное исследование:

1. Уравнение Шокли ошибочно.

2. Дырок не существует.

3. Существует некий термоэлектрический процесс. Именно термо-электрический процесс может объяснить свойство односторонней проводимости полупроводникового диода.