Почему электроны движутся быстрее, чем дырки в полупроводнике?

10

Когда электрон уходит, тогда создается только дыра, а когда другой электрон заполняет его, то движется только дыра, поэтому таким образом оба должны проводить ток с одинаковой скоростью. Тем не менее мне сказали, что дырки имеют более высокую подвижность, чем электроны. Пожалуйста, объясните, как это может быть, я запутался.

HumbleBee
источник
en.wikipedia.org/wiki/Electron_mobility (также закрывает дыры)
Fizz
2
упрощенный TLDR: в любой момент времени существует два «типа» электронов: свободные электроны и «связанные» электроны. Свободные электроны свободно перемещаются в пространстве, связанные электроны могут прыгать только от одной ковалентной связи к другой. Естественно, связанные электроны движутся медленнее, чем свободные электроны. Это ответ на ваш вопрос. (Примечание. Дыра - это просто абстракция для отсутствующего связанного электрона, а не для отсутствующего свободного электрона. Дыра не является симметричным аналогом свободного электрона).
Ахмед
Большой вопрос Я сейчас читаю книгу под названием «Физика полупроводников: введение К. Сигера», чтобы получить лучшее представление об этом типе явлений.
Crowie

Ответы:

11

Возможно, было бы легче начать с энергетического состояния.

Свободные электроны (движущиеся от одного атома к другому) находятся в зоне проводимости, а дырки (отсутствие электрона на орбите) - в валентной зоне (та же связь).

Зона проводимости находится на более высоком энергетическом уровне, чем валентная зона, и это означает, что все движется быстрее. Интересно, что для того, чтобы электрон перешел из зоны проводимости в валентную зону (и заполнил дыру), он должен потерять некоторую энергию.

С более интуитивной точки зрения, когда дыра появляется на валентной орбите, не все возможные электроны попадут в нее; довольно много пройдет мимо, пока электрон, который (что крайне важно) потерял достаточно энергии, чтобы перейти в более низкую энергетическую зону, не заполнит дыру.

Когда указанный электрон покинул орбиту (создав дыру), это произошло потому, что к нему была добавлена ​​энергия, возможно, в результате столкновения или даже просто из-за нагрева (в противном случае он не мог бы занять место с более высокой энергией в зоне проводимости). Только когда он израсходует эту энергию (переместившись или столкнувшись с другим объектом, который может выбросить фотон - это означает, что электрон потерял 1 фотон энергии), он может потерять эту дополнительную энергию и упасть в валентную зону.

Возможно, это объясняется более детальным рассмотрением уровней энергии

Питер Смит
источник
1
Этот ответ имеет смысл, я искал объяснение и нашел это: in.answers.yahoo.com/question/index?qid=20101101081211AAzjjDc, который в основном утверждает то же самое. электроны в зоне проводимости; дыры в валентной зоне.
Bimpelrekkie
Спасибо, Братан, что прояснил мои сомнения. Теперь я думаю правильно!
HumbleBee
2
Обратите внимание, что электрон в зоне проводимости не может потерять «лишнюю» энергию до того, как он найдет дыру в валентной зоне, в которую он может перейти - потеря энергии и переход на другой энергетический уровень - это одно и то же. В общем, для того, чтобы электрон и дырка слились, должны присутствовать три вещи одновременно: электрон, дырка и что-то, что поглощает дополнительную энергию. В некоторых случаях дополнительная энергия может излучаться в виде света; в других случаях атомы подложки поглощают ее как кинетическую (тепловую) энергию.
Илмари Каронен
Конечно, я старался сделать ответ простым. Основная проблема в том, что электрон найдет положение, соизмеримое с его энергетическим уровнем, является моей главной точкой, и что более высокие энергетические уровни приравниваются к более высокой мобильности.
Питер Смит
@Ilmari Karonen: электрон в зоне проводимости может потерять дополнительную энергию, если под ним есть свободное состояние. Любой природы: обычная дыра, вакансия в той же (проводящей) зоне или связанное состояние, созданное легированием .
Incnis Mrsi