1. 확산 계수 (Diffusivity, Diffusion Coefficient) : [㎠/s]
ㅇ 입자 농도 기울기에 따른 이동 용이성 (비례 상수)
ㅇ 확산 계수가 클수록, 확산이 빠르게 진행됨
2. 확산 계수의 표현식
ㅇ 입자의 유량 밀도(유속) 및 농도 기울기(농도 변화량) 간의 관계식인 픽 법칙(Fick Law)으로부터,
[# F = - D \; \nabla n = - D \frac{dn}{dx} \quad \text{(1 dimension)} #]
- F : 입자의 순 유량 밀도(Net Flow Density) [1/(㎠·s)]
. 유량 밀도 = 농도[개/㎥] x 이동속도[m/s] (입자수 관점)
= ρv [g/㎠·s] (질량 관점)
- (-) : 농도가 감소하는 방향으로(작은쪽으로) 확산 이동함을 의미
- D : 확산 계수 (비례 상수) [㎠/s]
. 이동 용이성을 나타내는 계수
- n : 입자 농도 [개/㎤]
- dn/dx : 농도 기울기(Concentration Gradient) [(개/㎤)·(1/㎝)]
. 물질 조성(성분)의 거리에 따른 농도 변화율
3. 확산 계수의 영향 요소
ㅇ 확산 계수 D 에 영향을 끼치는 요소로는,
- 격자구조(물질종류),온도,불순물 등에 의존함
- 의존성 : 지수 비례적, D ∝ exp(−Ea/kT)
. (D : 확산율, Ea : 활성화 에너지, k : 볼츠만상수, T : 절대온도)
4. [참고사항]
※ ☞ 확산 방정식, 반도체 내 확산 전류 참조
- 확산 방정식 : 농도 기울기에 따른 입자의 이동(확산)을 설명하는 방정식
- 반도체 내 확산 전류 : 전하 운반자가 농도 차이에 의해 이동하면서 생성되는 전류