ドリフト速度計算機

ドリフト速度とは、物質に電場を加えたとき、移動可能な電荷キャリアが得る平均的な方向性のある速度です。導体中の電子は熱運動によってもともと高速で動いていますが、そのランダムな運動はあらゆる方向を向き、大部分が打ち消し合います。電場はドリフトと呼ばれる小さな正味の運動を加え、測定可能な電流を生み出します。電気信号は回路を非常に速く伝わりますが、一般的な金属内のドリフト速度は驚くほど遅いことがよくあります。 低電場領域では、ドリフト速度は電場の強さに比例します。比例定数はキャリア移動度で、単位は平方メートル毎ボルト秒です。この計算機では、大きさの関係 v = μE を用います。μ は移動度、E は電場の強さです。電子は負の電荷を持つため、実際には通常の電場の向きと逆に動きますが、計算機は非負の速さを表示します。 電流密度は微視的なキャリアの運動と巨視的な電流を結び付けます。その大きさは J = nqv で、n は単位立方メートル当たりの移動可能なキャリア数、q は電気素量、v はドリフト速度の大きさです。計算機は正確な電気素量 1.602176634 × 10^-19 クーロンを使用します。電流密度に導体の断面積を掛けると、アンペア単位の総電流が求まります。 移動度は物質、温度、純度、結晶構造、キャリアの種類に依存します。金属はキャリア密度が非常に高く、移動度は比較的低い一方、半導体はキャリア濃度が低くても移動度がはるかに高い場合があります。強い電場ではキャリア速度が飽和し、単純な線形移動度モデルが適用できなくなることがあります。高電場の半導体デバイスを解析する際は、実測の輸送特性データを参照してください。 すべての値はSI単位で入力し、非常に大きなキャリア密度には 8.5e28 のような科学表記を使用してください。結果は授業の問題、導体の比較、半導体の概算、設定した電場と物性値から妥当な電流密度が得られるかの確認に役立ちます。計算では、電荷の大きさが電気素量に等しい単一種類のキャリアを仮定しています。複数のキャリアを含む物質では、それぞれの電流密度への寄与を合計する必要があります。