Амбиполярная (двухполярная) диффузия

В ионизованной среде с примерно равной концентрацией ионов и электронов существование градиента концентрации приводит к так называемой амбиполярной диффузии, для которых характерно движение положительно и отрицательно заряженных частиц в одном направлении. Представим себе, что газ ионизируется от некоторого источника (например, в результате фотоионизации). Поскольку при ионизации образуется ион-электронная пара, то, очевидно, число ионов и электронов, рождающихся в единицу времени, одинаково. Электроны, благодаря своей более высокой подвижности, покидают область ионизации гораздо быстрее, чем ионы. Возникающая при этом область не скомпенсированного положительного заряда создает поле, ускоряющее ионы и тормозящее электроны. В равновесном случае скорости потоков ионов и электронов выравниваются, и частицы обеих знаков движутся в одном направлении. Таким образом, движение заряженных частиц может быть представлено как дрейфовое и диффузионное движение. Причем если для ионов дрейфовая и диффузионная скорости совпадают по направлению, то для электронов они направлены друг против друга. Исходя из вышесказанного, для плотности электронного и ионного токов можно записать

, (9.31)

, (9.32)

Учитывая, что и , для напряженности поля получаем

. (9.33) Подставляя (9.33) в (9.31), после несложных преобразований имеем

. (9.34)

Сравнивая последнее соотношение с уравнением диффузионного потока (9.15), выражение для плотности электронного или ионного тока можно представить в следующем виде:

, (9.35)

, (9.36) где

. (9.37)

Таким образом, сложное диффузионно-дрейфовое движение электронов и ионов можно свести к простой диффузии, полагая в качестве коэффициента диффузии . Учитывая, что , с учетом соотношения Эйнштейна (9.28) и (9.29) получаем

. (9.38)

Для разряда низкого давления , поэтому

. (9.39)

Сравнение D_a с D_e и D_i дает

D_i < D_a < D_e. (9.40)

Дата добавления: 2014-01-03