Інжекція

Інжекція - процес безперервного змішування двох потоків речовин і передачі енергії інжектуючого (робочого) потоку інжектуючому з метою його нагнітання в різноманітні апарати, резервуари і трубопроводи. Змішувані потоки можуть перебувати в газовій, паровій та рідкій фазах і бути рівнофазними, різнофазними і мінливої фазності (напр., пароводяні). Застосовуючі для інжекції струменеві апарати (насоси) називаються інжекторами.

Інжекції носіїв заряду


Інжекції носіїв заряду - збільшення концентрації носіїв заряду в напівпровіднику (діелектрику) в результаті переносу носіїв струмом з областей з підвищ. концентрацією (металліч. контактів, гетеропереходів) під дією зовн. електричні. поля. І. н. з. призводить до порушення термодінаміч. рівноваги електронної системи в напівпровіднику. Інжектованих носіїв зазвичай термалізуются за час, мале в порівнянні з часом життя носіїв, так що порушеним виявляється лише концентраційне рівновагу (див. Квазіуровні Фермі). Інжекція осн. носіїв відбувається, напр., при подачі зворотного зсуву на р-n-перехід, якщо у катода є шар, збагачений осн. носіями (див. Контактні явища в напівпровідниках). При цьому у зразку з'являється просторів, заряд, що перешкоджає подальшому надходженню носіїв зі збагаченого шару. Щільність j стаціонарного струму визначається умовою, що падіння напруги всередині зразка, обумовлене просторів, зарядом, врівноважується зовн. напругою U (закон Мотта):

008-23.jpg

Тут s0 - електропровідність зразка в. відсутність І. н. з., m - рухливість інжектованих носіїв, t = e/4ps0 - час релаксації, е - діелектріч. проникність, L - довжина зразка у напрямку струму. Лінійний закон Ома переходить в квадратичний закон Мотта при tпр ~ t, де tпр = L2/mU - час прольоту носіїв між електродами. При великому доданому напрузі (1) знову переходить до закону Ома, але з набагато більшою електропровідністю. При цьому зразок заповнюється інжектованих носіїв з практично постійною за обсягом концентрацією, рівною граничної концентрації nгр в збагаченому шарі за відсутності струму. Встановлення омічного режиму відбувається, коли tпp стає порівнянним з t = e/4pеmnгр. При наявності у зразку т. н. пасток (див. Захоплення носіїв заряду) з концентрацією, що перевищує концентрацію осн. носіїв, інжектованих носіїв спочатку майже всі захоплюються пастками і концентрація носіїв у зразку практично не збільшується. Це призводить до подовження першого омічного ділянки вольт-амперної характеристики (ВАХ) та різкого стрибка в кінці його (заповнення всіх пасток), за до-рим слід квадратичний ділянку ВАХ. Подвійна (біполярна) інжекція осн. носіїв виникає, коли електрони і дірки инжектируются з протилежних електродів і рухаються назустріч. Т. оскільки вони можуть нейтралізувати один одного, то струм обмежується лише рекомбінацією носіїв заряду і зазвичай набагато більше струму монополярной І. н. з. в тому ж кристалі. Захоплення носіїв пастками при подвійний інжекції може призводити до появи негативного диференціального опору (S-образної ВАХ). Інжекція неосновних носіїв відбувається при подачі прямого зміщення на р-n-nереход, гетероперехід або контакт метал - напівпровідник внаслідок зменшення різниці потенціалів на контакті. Інжектованих неосновні носії проникають в напівпровідник на глибину, яка визначається рекомбінацією; вона по порядку величини співпадає з дифузійної довжиною в слабких зовн. полях і з дрейфовой довжиною (див. Дрейф носіїв заряду) в сильних полях. Інжекція неосновних носіїв лежить в основі дії напівпровідникового діода, транзистора та ін напівпровідникових приладів. Вивчення стаціонарних і перехідних процесів І. н. з. дозволяє дослідити рухливості носіїв, а також визначити концентрації, енергетичних. положення та перетини захоплення домішкових центрів в високоомних напівпровідниках і діелектриках. Проходження інжекційних струмів є одним з механізмів переносу заряду в тонких діелектріч. плівках. Літ.: Ламперт М., Марк П., Інжекційні струми в твердих тілах, пров. з англ., М., 1973; Бонч-Бруєвич В. Л., Калашников С. Г., Фізика напівпровідників, М., 1977; Адіровіч Е. І., Карагеоргія-Алкалаев П. М., Лейдерман А. К) ., Токи подвійний інжекції в напівпровідниках, М., 1978. Е. М. Епштейн.


Продемонстрована ефективна інжекція спінів у графен


Співробітники Каліфорнійського університету в Ріверсайді знайшли можливість різко збільшити ефективність інжекції спін-поляризованих електронів в графен.

Графен вважається перспективним матеріалом спінтроніки, в якій своє практичне застосування знайдуть і заряд, і спін електрона. «При кімнатній температурі він демонструє прекрасні характеристики спінового транспорту, - говорить один з авторів дослідження Роланд Кавакамі (Roland Kawakami). - Але реалізувати його потенціал ми поки не можемо: спочатку необхідно вирішити дві головні проблеми. По-перше, вимірюваний час життя спина [час, протягом якого напрямок спина не змінюється] дуже сильно - на порядки - відрізняється від мікросекундних значень, передбачаються теоретично. По-друге, інжекція спінів з феромагнітного електрода в графен малоефективна ». Останнє пояснюється тим, що провідність металевого електрода не відповідає провідності графену.
Схема контакту. Стрілкою показано напрямок протікання струму.

Американські фізики обійшли цю проблему методами так званої тунельної інжекції; тут, як можна здогадатися, між графеном і електродом створюється ізолюючий шар. Основне завдання, отже, полягає у формуванні рівного шару діелектрика потрібної товщини, що у разі графена зробити досить складно. Дослідникам довелося спочатку нанести тонкий титанове покриття, а потім перетворити титан в ізолюючий діоксид TiO2. На такому «фундаменті» був створений необхідний 0,8-нанометровий шар оксиду магнію MgO, після чого зверху все закрили кобальтові електродом товщиною 80 нм.

Ефективність тунельної інжекції підтримується за рахунок того, що зворотний рух електронів - від графена до електрода - блокується. «Діелектрик допомагає утримувати інжектованих спін в графені, що і дає рекордно високі значення ефективності», - додає пан Кавакамі.

Вчені також виявили цікавий ефект, пов'язаний з виміром часу життя спина. Зазвичай, пояснює Роланд Кавакамі, в такого роду експериментах використовується розміщується прямо на графені феромагнітний «детектор»; коли фізики створили ізолюючий бар'єр між ним і вуглецевим матеріалом, визначається час життя зросла приблизно до 500 пс (за типове значення тут можна прийняти 100 пс). «Виходить, стандартна методика вимірювань сильно занижує час життя спина, - коментує інший учасник дослідження Вей Хань (Wei Han). - Це, мабуть, навіть добре: тепер досвідчені дані буде легше погодити з теорією ».Detector.jpg

Схематичне представлення інжекції спінів.