نفوذ

همان طور که در پست قبلی به انواع حرکت حاملها اشاره شد ؛ اینک به توضیح یکی دیگر از انواع حرکت حاملها می پردازیم .
نفوذ :
نفوذ فرایندی است که در اثر آن ,ذرات بر اثر جنبش حرارتی اتفاقی , تمایل دارند تا پخش شوند ؛ یعنی از نواحی ای که غلظت ذره زیاد است به طرف نواحی کم غلظت نقل مکان کنند . در حد , فرایند نفوذ چنان عمل می کند که توزیع یکنواختی را از ذرات تولید نماید .

باید توجه داشت که موجود نفوذ کننده نیازی ندارد که باردار باشد , جنبش حرارتی است که فرایند نفوذ را میسر می سازد و نه نیروی دافعه ی بین ذره ای.

برای ذکر مثالی روزمره از فرایند نفوذ , هر چند مصنوعی , فرض کنید که ( پس از نگه داشتن نفستان ) همه ی مولکولهای اکسیژن
در گوشه ای در نزدیکی کف اتاق گرد آوری و نگه داری شوند . هر گاه بعدأ مولکولهای o2 رها شوند , جنبش حرارتی در طی چند ثانیه اکسیژن را در سراسر اتاق پخش خواهد کرد و برخورد های بین مولکولی به توزیع یکنواخت اکسیژن در هر گوشه و کنار و خلل موجود در اتاق کمک می کند .

در جستجوی درک دقیقتری از فرایند نفوذ , فرایند را به طور ذهنی در یک مقیاس میکروسکوپی , با استفاده از یک یسیتم فرضی ساده ,
در نظر می گیریم ؛ سیستمی که برای بررسی پیشنهاد می کنیم یک جعبه ی یک بعدی است که دارای چهار خانه و 1024ذره ی متحرک است ( شکل 1) . ذرات درون جعبه از قوانین دقیقی تبعیت می کنند . به ویژه جنبش حرارتی سبب می شود که همه ی ذرات داخل یک خانه
معین در هر t0 ثانیه به داخل خانه مجاور "بجهند".

بنابر طبیعت اتفاقی حرکت , احتمال پریدن هر ذره به راست و چپ برابر است . وقتی که ذره ای هنگام جهش به راست یا چپ به "دیواره بیرونی"
برخورد می کند , منعکس می شود و به مکان قبل از جهش باز می گردد . سرانجام , فرض می کنیم که در لحظه ی t = 0 همه ی ذرات در خانه ی واقع در منتهاالیه سمت چپ محبوس می باشند .

شکل 1 انتشار 1024 ذره را بر حسب زمان نشان می دهد . در t = t0 512تا از 1024 ذره که ابتدا در خانه ی 1 واقعند به طرف راست می جهند و در خانه ی 2 قرار می گیرند . 512ذره ی باقیمانده به سمت چپ می جهند و به خانه ی شماره 1 منعکس می شوند .نتیجه ی نهایی پس ازt0
ثانیه 512 ذره در هر کدام از خانه های 1 و2 است . در لحظه ی t = 2t0 ,256 ذره از ذرات موجود در خانه ی 2 به خانه ی3 می پرند ,در حالی که
256 ذره ی باقی مانده به خانه 1 باز می گردند. دراین ضمن 256 ذره از ذرات خانه ی 1 به خانه ی 2 می جهند و 256 تای دیگر به دیواره ی سمت چپ برخورد می کنند و منعکس می شوند .

نتیجه ی نهایی بعد از2t0 ثانیه این است که 512 ذره در خانه 1 و 256 ذره در هر کدام از خانه های 2 و3 واقع است . وضعیت سیستم پس از
3t0 و0t6 ثانیه , در شکل 1 نشان داده شده است . می توان به روش مشابهی نتیجه گرفت که پس ازt = 6t0 , ذراتی که ابتدا در خانه ای واقع در منتهاالیه سمت چپ محبوس بودند , تقریبأ به طور یکنواختی در سراسر جعبه توزیع شده اند , و نیازی به بررسی حالات بعدی نیست . در واقع , از بررسی حالات موجود , در طبیعت بنیادین فرایند نفوذ به وضوح آشکار می شود .
Download file

فرایند نفوذ در نیمه هادی , در مقیاس میکروسکوپی , مشابه چیزی است که در سیستم مفروض به وقوع می پیوندد, بجز اینکه جنبش اتفاقی ذرات نفوذی , یعنی الکترونها و حفره ها سه بعدی است و قسمت بندی نشده است . در یک مقیاس قابل رؤیت نتیجه ی فرایند نفوذ برای هر دو سیستم فرضی و نیمه هادی دقیقأ است . برای مراجعات بعدی , نفوذ حامل در یک مقیاس قابل رؤیت , یعنی نقل مکان حاملها از نواحی پر غلظت به طرف و به داخل نواحی کم غلظت در شکل 2 به تصویر کشیده شده است .Download file

سپیده مهرالحسنی :s_mehrolhassani@yahoo.com