用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒所帶的電荷叫做正電荷,質(zhì)子是正電荷,而正電荷不一定是質(zhì)子,對(duì)應(yīng)的電子即是負(fù)電荷,或多或少表現(xiàn)出的帶正電或帶負(fù)電,世間萬(wàn)物大多為電中性物體由原子而來(lái),原子又由電子和原子核(中子和質(zhì)子組成)而來(lái)。
基本含義
正電荷(positive charge)
反之我們把毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒所帶的電荷叫做負(fù)電荷。
電荷是物質(zhì)的三種"性態(tài)"之一:電荷性態(tài)、質(zhì)量性態(tài)、能量性態(tài)。電荷是物質(zhì)能量性態(tài)與質(zhì)量性相互作用轉(zhuǎn)化的結(jié)果。是物質(zhì)基本相互作用的主體之一。
電荷間相互作用的規(guī)律:同種電荷互相排斥,異種電荷互相吸引。
正負(fù)電荷的區(qū)別:失去電子的物質(zhì)帶正電荷,獲得電子的物質(zhì)帶負(fù)電荷。
帶正電荷的原子核在凝聚態(tài)下只在原地震動(dòng),帶負(fù)電荷的電子可自由移動(dòng)。
正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颉?/p>
負(fù)電荷就是電子(電子帶負(fù)電)是可以移動(dòng)的而正電荷實(shí)則為不可移動(dòng)的質(zhì)子
正電荷歷史
西元前600年左右,希臘的哲學(xué)家泰勒斯(Thales,640-546B.C.)記錄,在摩擦貓毛于琥珀以后,琥珀會(huì)吸引像羽毛一類(lèi)的輕微物體,假若摩擦?xí)r間夠久,甚至?xí)谢鸹ǔ霈F(xiàn)。
1600年,英國(guó)醫(yī)生威廉·吉爾伯特,對(duì)于電磁現(xiàn)象做了一個(gè)很仔細(xì)的研究。他指出琥珀不是唯一可以經(jīng)過(guò)摩擦而產(chǎn)生靜電的物質(zhì),并且區(qū)分出電與磁不同的屬性。他撰寫(xiě)了第一本闡述電和磁的科學(xué)著作《論磁石》。威廉·吉爾伯特創(chuàng)建了新拉丁語(yǔ)的術(shù)語(yǔ)“electricus”(類(lèi)似琥珀,從“?λεκτρον”,“elektron”,希臘文的“琥珀”),意指摩擦后吸引小物體的性質(zhì)。這聯(lián)結(jié)給出了英文字“electric”和“electricity”,最先出現(xiàn)于1646年,湯瑪斯·布朗(Thomas Browne)的著作《Pseudodoxia Epidemica》(英文書(shū)名《Enquries into very many received tenets and commonly presumed truths》)隨后,于1660年,科學(xué)家奧托·馮·格里克發(fā)明了可能是史上第一部靜電發(fā)電機(jī)(electrostatic generator)。他將一個(gè)硫磺球固定于一根鐵軸的一端,然后一邊旋轉(zhuǎn)硫磺球,一邊用干手摩擦硫磺球,使硫磺球產(chǎn)生電荷,能夠吸引微小物質(zhì)。
史蒂芬·戈瑞(Stephen Gray)于1729年發(fā)現(xiàn)了電傳導(dǎo),電荷可以從一個(gè)物質(zhì)傳導(dǎo)至另外一個(gè)物質(zhì)。只有一些物質(zhì)會(huì)傳導(dǎo)電荷,其中,金屬的能力最為優(yōu)良。從此,科學(xué)家不再認(rèn)為產(chǎn)生電荷的物體與所產(chǎn)生的電荷是不可分離的,而認(rèn)為電荷是一種獨(dú)立存在的物質(zhì),在那時(shí)被稱(chēng)為電流體(electric fluid)。1733年,查爾斯·費(fèi)(Charles du Fay)將電分為兩種,玻璃電和琥珀電。這兩種電會(huì)彼此相互抵銷(xiāo)。當(dāng)玻璃與絲巾相摩擦?xí)r,玻璃會(huì)生成玻璃電;當(dāng)琥珀與毛皮相摩擦?xí)r,琥珀會(huì)生成琥珀電。這理論稱(chēng)為電的雙流體理論。使用一根帶電絲線,就可以知道物質(zhì)到底擁有玻璃電還是琥珀電。擁有玻璃電的物質(zhì)會(huì)排斥帶電絲線;擁有琥珀電的物質(zhì)會(huì)吸引帶電絲線。
在十八世紀(jì),走在電學(xué)最前端的專(zhuān)家非本杰明·富蘭克林莫屬。他認(rèn)為電的單流體理論比較正確。他想像電儲(chǔ)存于所有物質(zhì)里,并且通常處于平衡狀態(tài),而摩擦動(dòng)作會(huì)使得電從一個(gè)物體流動(dòng)至另一個(gè)物體。例如,他認(rèn)為累積的電是儲(chǔ)存于萊頓瓶的玻璃,用絲巾摩擦玻璃使得電從絲巾流動(dòng)至玻璃。這流動(dòng)形成了電流。他建議電量低于平衡的物體載有負(fù)的電量,電量高于平衡的物體載有正的電量。他任意地設(shè)定玻璃電為正電,具有多余的電;而琥珀電為負(fù)電,缺乏足夠的電。同時(shí)期,威廉·沃森也達(dá)到同樣的結(jié)論。1747年,本杰明·富蘭克林假設(shè)在一個(gè)孤立系統(tǒng)內(nèi),總電荷量恒定,這稱(chēng)為電荷守恒定律。
庫(kù)侖扭秤(torsion balance)
十八世紀(jì)后期,在數(shù)量方面對(duì)于電的研究開(kāi)始有實(shí)質(zhì)的發(fā)展。1785年,使用查利·庫(kù)侖與約瑟夫·普利斯特里分別獨(dú)立發(fā)明的扭秤(torsion balance),庫(kù)侖證實(shí)了普利斯特里的基本定律:載有靜態(tài)電荷的兩個(gè)物體之間感受的作用力與距離成平方反比。這奠定了靜電的基本定律。
1897年,劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的約瑟夫·湯姆遜觀察到陰極射線會(huì)因?yàn)?a href="/hebeideji/5476857579604050224.html">電場(chǎng)或磁場(chǎng)而偏轉(zhuǎn),他推論陰極射線是由帶負(fù)電的粒子所組成,后來(lái)稱(chēng)為電子。從陰極射線的偏轉(zhuǎn),他計(jì)算出電子的電荷質(zhì)量比,因此獲得了1906年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
1904年,湯姆森創(chuàng)立了原子的梅子布丁模型:原子的結(jié)構(gòu)被類(lèi)比于梅子布丁,負(fù)電荷(梅子)分散于正電荷的圓球(布丁)。這模型被歐尼斯特·盧瑟福的盧瑟福散射實(shí)驗(yàn)于1909年推翻。歐內(nèi)斯特·盧瑟福又提出盧瑟福模型:大多數(shù)的質(zhì)量和正電荷,都集中于一個(gè)很小的區(qū)域(原子核);電子則包圍在原子核區(qū)域的外面。
1909年,美國(guó)物理學(xué)家羅伯特·密立根做了一個(gè)著名實(shí)驗(yàn),稱(chēng)為油滴實(shí)驗(yàn),可以準(zhǔn)確地測(cè)量出電子的電荷量。湯姆孫和學(xué)生約翰·湯森德(John Townsend)使用電解的離子氣體來(lái)將過(guò)飽和水蒸氣凝結(jié),經(jīng)過(guò)測(cè)量帶電水珠粒的電荷量,也得到了相似結(jié)果。于1911年,亞伯拉罕·約費(fèi)(Abram Ioffe)使用帶電金屬微粒,獨(dú)立地得到同樣的結(jié)果。
形成與技術(shù)
從單晶硅到無(wú)定形態(tài)的二氧化硅間的界面上存在著突變。在二氧化硅分子中,每個(gè)硅原子和四個(gè)氧原子鍵合,每個(gè)氧原子和四個(gè)硅原子鍵合。但在界面上,如下圖所示,有些硅原子并沒(méi)有和氧原子鍵合,導(dǎo)致部分硅原子成為受主,所以距界面2nm以內(nèi),硅的不完全氧化是帶正電的固定氧化物電荷區(qū)。界面處積累的其他一些電荷包括界面陷阱電荷、可移動(dòng)氧化物電荷。界面陷阱電荷主要是由結(jié)構(gòu)缺陷、氧化誘生缺陷或者金屬雜質(zhì)引起的正的或負(fù)的電荷組成;可移動(dòng)電荷主要是由于可動(dòng)離子玷污引起的。
而這些在界面處堆積的正電荷積累層會(huì)在硅襯底中感應(yīng)出相應(yīng)的負(fù)電荷,這些負(fù)電荷層就在兩個(gè)N+條之間形成導(dǎo)電溝道,從而降低了條間電阻,對(duì)探測(cè)條的電荷收集產(chǎn)生不利影響。對(duì)此,可以在兩N+條之間用離子注入的方法注入B離子形成P+條。這樣,相鄰兩N+條與N+條之間的P+條都處于反向偏置,有效的阻斷了條與條之間的表面溝道,這種技術(shù)稱(chēng)為技術(shù)。
參考資料 >