Dlaczego elektrony poruszają się szybciej niż dziury w półprzewodniku?

10

Kiedy elektron opuszcza, powstaje tylko dziura, a gdy inny elektron wypełnia go, wtedy tylko dziura się porusza, więc w ten sposób oba powinny przewodzić prąd z tą samą prędkością. Powiedziano mi jednak, że dziury mają większą ruchliwość niż elektrony. Proszę wyjaśnić, jak to możliwe, jestem zdezorientowany.

semiconductors HumbleBee
źródło
en.wikipedia.org/wiki/Electron_mobility (obejmuje również dziury)
Fizz
2
uproszczony TLDR: istnieją dwa „typy” elektronów w danym momencie: elektrony wolne i „związane” elektrony. Wolne elektrony poruszają się swobodnie w przestrzeni, związane elektrony mogą przeskakiwać tylko z jednego wiązania kowalencyjnego do drugiego. Oczywiście związane elektrony poruszają się wolniej niż wolne elektrony. To jest odpowiedź na twoje pytanie. (Uwaga: Dziura jest tylko abstrakcją dla brakującego związanego elektronu, a nie brakującego wolnego elektronu. Dziura nie jest symetrycznym odpowiednikiem wolnego elektronu).
akhmed
Świetne pytanie Czytam w tej chwili książkę zatytułowaną „Semiconductor Physics: Wprowadzenie K.Seegera”, aby uzyskać lepszy pogląd na tego rodzaju zjawiska.
crowie

Odpowiedzi:

11

Być może łatwiej byłoby zacząć od stanu energetycznego.

Wolne elektrony (te przemieszczające się z jednego atomu na drugi) znajdują się w paśmie przewodzenia, a dziury (brak elektronu na orbicie) znajdują się w paśmie walencyjnym (to samo łącze).

Pasmo przewodnictwa ma wyższy poziom energii niż pasmo walencyjne, co oznacza, że ​​rzeczy poruszają się szybciej. Co ciekawsze, aby elektron mógł przejść z pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego (i wypełnić dziurę), musi stracić trochę energii.

Z bardziej intuicyjnej perspektywy, gdy dziura pojawi się na orbicie walencyjnej, nie wszystkie elektrony na nią wpadną; minie całkiem sporo, dopóki elektron, który (zasadniczo) stracił wystarczającą ilość energii, aby przejść do niższego pasma energii, wypełni otwór.

Kiedy wspomniany elektron opuścił orbitę (tworząc dziurę), to dlatego, że miał energię dodaną być może w wyniku zderzenia, a nawet po prostu z ciepła (w przeciwnym razie nie mógłby zająć miejsca o wyższej energii w paśmie przewodzenia). Tylko wtedy, gdy zużyje tę energię (poruszając się lub może zderzając się z innym przedmiotem, który może wyrzucić foton - oznacza to, że elektron stracił energię o wartości 1 fotonu), może stracić tę dodatkową energię i spaść do pasma walencyjnego.

Być może tłumaczy to bardziej szczegółowe spojrzenie na poziomy energii

Peter Smith
źródło
1
Ta odpowiedź ma sens, szukałem wyjaśnienia i znalazłem to: in.answers.yahoo.com/question/index?qid=20101101081211AAzjjDc, który w zasadzie stwierdza to samo. elektrony w paśmie przewodzenia; dziury w paśmie walencyjnym.
Bimpelrekkie,
Dziękuję Bro za wyjaśnienie moich wątpliwości. Teraz myślę we właściwy sposób!
HumbleBee,
2
Zauważ, że elektron w paśmie przewodnictwa nie może stracić „dodatkowej” energii, zanim znajdzie dziurę w paśmie walencyjnym, w którą może się przenieść - utrata energii i przejście na inny poziom energii to to samo. Zasadniczo, aby elektron i dziura mogły się połączyć, jednocześnie muszą być obecne trzy rzeczy: elektron, dziura i coś pochłaniającego dodatkową energię. W niektórych przypadkach dodatkowa energia może być wypromieniowywana jako światło; w innych przypadkach atomy substratu absorbują go jako energię kinetyczną (cieplną).
Ilmari Karonen,
Oczywiście starałem się, aby odpowiedź była prosta. Podstawową kwestią, dla której elektron znajdzie pozycję współmierną do jego poziomu energii, jest mój główny punkt, a wyższe poziomy energii oznaczają wyższą mobilność.
Peter Smith,
@Ilmari Karonen: Elektron w paśmie przewodzenia może stracić dodatkową energię, jeśli pod nim znajduje się stan wolny. Bez względu na naturę: konwencjonalna dziura, wakat w tym samym paśmie (przewodnictwo) lub stan związany z dopingiem .
Incnis Mrsi,