전자 눈사태

전자 눈사태는 전송 매체에 있는 다수의 자유 전자가 전기장에 의해 강한 가속을 받고 그 후에 매체의 다른 원자와 충돌하여 전리화(충격 이온화)하는 과정이다. 이것은 가속하고 더 많은 원자와 충돌하는 추가 전자를 방출하며, 더 많은 전자, 즉 연쇄 반응을 방출한다. 기체에서는, 이것은 영향을 받은 부위가 전기 전도성 플라즈마가 되게 한다.

눈사태의 영향은 1897년부터 1901년 사이에 존 씰리 타운젠드가 그의 작품에서 발견되었으며, 타운젠드 방류로도 알려져 있다.

전자 눈사태는 가스 내 유전체 분해 과정에 필수적이다. 이 과정은 코로나 방전, 스트림기, 리더 또는 전압을 인가하는 전기 도체 사이의 간격을 완전히 연결하는 스파크 또는 연속 아크로 절정에 이를 수 있다. 그 과정은 거대한 불꽃으로 확장된다. 번개 속의 스트림들은 스트림업자들의 전진하는 팁에 앞서 높은 잠재적 경사로에서 생성된 전자 눈사태의 형성에 의해 전파된다. 일단 시작되면, 눈사태는 종종 후두부의 흥분된 매체의 원자에 의해 방출되는 자외선의 결과로 광전자의 생성에 의해 심화된다.

눈사태 공정의 기체 곱셈 효과를 이용해 전리방사선 검출에도 활용할 수 있다. 이것은 가이거-뮐러 튜브의 이온화 메커니즘이며, 제한된 범위에서 비례 카운터의^[1] 이온화 메커니즘이며, 스파크 챔버 및 기타 와이어 챔버에서도 사용된다.

분석

플라즈마는 중성 공기 분자의 드물게 자연적인 '백그라운드' 이온화 사건으로 시작되는데, 아마도 광신제나 배경 방사선의 결과일 것이다. 만약 이 사건이 높은 전위 기울기를 가진 영역 내에서 발생할 경우, 양전하 이온은 극성에 따라 전극 쪽으로 강하게 끌어당기거나 전극으로부터 멀어질 것이고, 전자는 반대 방향으로 가속될 것이다. 질량 차이가 크기 때문에 전자는 이온보다 훨씬 높은 속도로 가속된다.

고속 전자는 중성 원자와 비탄력적으로 충돌하는 경우가 많고, 때로는 이온화하기도 한다. 체인 리액션(또는 '전자 눈사태')에서 최근 강한 전위 구배를 통해 양성 이온에서 분리된 추가 전자는 하나의 초기 전자에 의해 순간적으로 커다란 전자 구름과 양의 이온이 생성되게 한다. 그러나 자유 전자는 중성 산소나 수증기 분자(일명 전기 가스)에 쉽게 포획되어 음이온을 형성한다. STP의 공기에서 자유 전자는 포획되기 전 약 11나노초 동안만 존재한다. 포획된 전자는 효과적으로 놀이에서 제거된다. 그것들은 더 이상 눈사태의 과정에 기여할 수 없다. 만약 전자가 포획하기 위해 상실되는 것보다 더 큰 속도로 생성되고 있다면, 전자의 수는 기하급수적인 성장이 특징인 과정인 급속하게 증가한다. 이 과정이 제공할 수 있는 곱셈의 정도는 상황에 따라 최대 몇 백만 배까지 어마어마하다. 곱셈 계수 M은 다음과 같이 주어진다.

${\displaystyle M={\frac {1}{1-\int _{X_{1}^{X_{2}}\알파 \dx}}}$

여기서 X와₁ X는₂ 곱셈이 측정되는 위치이고, α는 이온화 상수다. 즉 위치 X에서₁ 하나의 자유전자가 위치 X에서₂ M 자유전자가 발생하게 된다. 전압 구배를 이 방정식으로 대체하면

${\displaystyle M={\frac {1}{1- {\frac {V}{V_{\mathrm{BR}}}} ^{n}}}}}}}}}}}}}$

여기서 V는 인가 전압이고, V는_BR 파괴 전압이며, n은 2와 6 사이의 경험적으로 파생된 값이다. 이 공식에서 알 수 있듯이, 곱셈 계수는 인가 전압에 매우 크게 의존하고 있으며, 전압이 재료의 분해 전압에 근접함에 따라 곱셈 계수는 무한대로 접근하고 제한 계수는 충전 캐리어의 가용성이 된다.

눈사태 유지에는 인가된 전압을 유지하기 위해 충전 저장소와 지속적인 트리거 이벤트 발생원이 필요하다. 수많은 메커니즘이 눈사태 이후 눈사태를 일으켜 코로나 전류를 발생시키는 이 과정을 지속시킬 수 있다. 전자가 항상 한 방향으로 전자에 의해 가속되기 때문에 플라즈마 전자의 2차 공급원이 필요하다. 이는 눈사태가 항상 전극을 향해 또는 전극으로부터 멀리 선형적으로 진행됨을 의미한다. 이차 전자를 생성하기 위한 지배적인 메커니즘은 플라즈마의 극성에 달려 있다. 각각의 경우, 초기 눈사태에 의해 광자로 방출되는 에너지는 근처의 가스 분자를 이온화하여 또 다른 가속성 전자를 생성하는데 사용된다. 다른 것은 이 전자의 근원이다. 충분한 크기의 두 전극 사이에 하나 이상의 전자 눈사태가 발생하면 완전한 눈사태 파괴가 일어날 수 있으며, 이는 간극을 메우는 전기 스파크로 절정에 이른다.

참고 항목

참조

외부 링크

• 반도체 고장 효과