Jun 11, 2014

放電についてまとめ(1)

「放電技術 基礎のきそ」 小林 春洋さん著から

放電について勉強している。

放電管の種類

蛍光灯(今もある)
定電圧放電管(グロー放電利用、昔)
リレー放電管(冷陰極放電管、昔)
表示放電管(昔)
水素サイラトロン(大出力リレー、昔)

物理学

電子 静止質量 9.109 * 10^-31 [kg],  電荷 - 1.6 * 10^-19 [C]
陽子 静止質量 電子の1836倍 電荷 1.6 * 10^-19 [C]
中性子 静止質量 電子の1836倍 電荷 0

1mol の分子数(アボガドロ数) N0 = 6.02 * 10^23 [個]

原子の大きさ

Al 2.86 [Å]
Si 4.7 [Å]
Fe 2.52 [Å]
Co 2.5 [Å]
Ar 2.82 [Å](アルゴン)
H 1.48 [Å]

1 [Å] = 0.1 [nm] = 1 * 10^-10 [m]

電位差V[V] で加速後の粒子の速度v
e: 粒子の電荷
m: 粒子の静止質量

v = sqrt( 2 e V / m)

電位差 1[V] で電子を加速した場合の、電子の運動エネルギーを 1 [eV]という。

1 eV = 1.6 * 10^-19 [J}

電位差V[V] で加速後の電子の波長(ド・ブロイ波) λ

λ [Å] = sqrt( 150 / V [V] )

例えば室温と平衡している電子の波長は、0.037 [eV] のエネルギーがあり
sqrt(150/0.037) = 64 [Å] = 6.4 [nm]
したがって、約10[nm]ぐらいは、波としての性質があり、
絶縁体の厚さが約10[nm]程度であれば、絶縁体をすり抜けでしまう(トンネル効果)。

スピントロニクス(電子の自転(?)スピンの磁気モーメントを利用した電子工学)

ボイル・シャルルの法則(圧力: p [Pa], 体積: V, 気体定数 : R, 絶対温度: T)
pV = RT

(アボガドロ数: N0, 分子密度: n = N0 / V, ボルツマン定数=分子一個あたり気体定数: k = R / N0)
p = nkT

k = 1.3808 * 10^-23 [J / K度] (K度 は絶対温度の単位)

気体の分子密度
n [個 / cm^3] = 7.24 * 10^16 * p [Pa] / T [K度]

ガス温20[C度]の蛍光灯は、 圧力 1000 [Pa] 以下、分子密度 2.5 * 10 ^ 17 [個 / cm^3]
ガス温20[C度]のブラウン管は、 圧力 10 ^ -4 [Pa] (真空)、分子密度 2.5 * 10 ^ 10 [個 / cm^3]
ガス温20[C度]のスパッタ装置は、 圧力 10 ^ -5 [Pa] (高真空)、分子密度 2.5 * 10 ^ 9 [個 / cm^3]

気体の分子の自乗平均速度(分子量:mp)

<v^2> ^ 1/2 = sqrt( 3 k T / m ) = 158 sqrt( T / mp)

気体の分子の熱エネルギー = 気体の分子の運動エネルギー

(1 / 2) m <v^2> 保( 3/ 2) k T = T [K度] / 7730 [eV]

マックスウェルの速度分布(熱平衡気体での分子の速度分布)

フラックス(分子入射束、気体中の仮想四角形を通過する分子数)(分子量:mp)

j [個 / (cm^2 sec)] = 2.63 * 10 ^ 20 * p [Pa] / sqrt(mp * T [K度] )

高真空 (圧力 10 ^ -5 [Pa])でも、36秒で残留気体が壁面の全分子と衝突してしまう。