Чому електрони рухаються швидше, ніж дірки в напівпровіднику?

Коли електрон виходить, тоді створюється лише дірка, а коли інший електрон заповнює його, тоді рухається лише дірка, тож таким чином обидва повинні проводити струм з однаковою швидкістю. І все ж мені сказали, що дірки мають більшу рухливість, ніж електрони. Поясніть, будь ласка, як це може бути, я розгублений.

semiconductors

— HumbleBee
джерело

en.wikipedia.org/wiki/Electron_mobility (також закриває отвори)

— Fizz

спрощений TLDR: у будь-який момент часу існує два "типи" електронів: вільні електрони та "пов'язані" електрони. Вільні електрони вільно рухаються в просторі, зв'язані електрони можуть переходити лише з одного ковалентного зв'язку в інший. Природно, пов'язані електрони рухаються повільніше, ніж вільні електрони. Це відповідь на ваше запитання. (Примітка. Дірка - це лише абстракція для відсутнього зв'язаного електрона, а не для відсутнього вільного електрона. Отвір - це не симетричний аналог вільного електрона).

— ахмед

Велике запитання, я читаю книгу в даний момент під назвою «Фізика напівпровідників: вступ К. Сегера», щоб краще зрозуміти подібні явища.

— groie

Можливо, може бути простіше починати з енергетичного стану.

Вільні електрони (ті, що рухаються від одного атома до іншого) знаходяться в зоні провідності, а дірки (відсутність електрона на орбіті) знаходяться у валентній смузі (однакова ланка).

Діапазон провідності знаходиться на більш високому енергетичному рівні, ніж валентний діапазон, і це означає, що все рухається швидше. Що цікавіше, щоб електрон перейшов від зони провідності до валентної зони (і заповнив отвір) він повинен втратити деяку енергію.

З більш інтуїтивної точки зору, коли на валентній орбіті з'явиться дірка, не всі можливі електрони потраплять у неї; велика кількість пройде повз, доки електрон, який (вирішально) втратив достатню енергію для переміщення в нижчу енергетичну смугу, не заповнить дірку.

Коли згаданий електрон вийшов з орбіти (створюючи дірку), це було тому, що енергія додалася, можливо, зіткненням або навіть просто від тепла (інакше він не міг зайняти місце більш високої енергії в зоні провідності). Тільки коли він витратив цю енергію (рухаючись або, можливо, зіткнувшись з іншим об'єктом, який може викинути фотон - це означає, що електрон втратив енергію, що коштує 1 фотон), він може втратити додаткову енергію і потрапити у валентну зону.

Можливо, це пояснюється більш детальним оглядом енергетичних рівнів

— Пітер Сміт
джерело

Ця відповідь має сенс, я шукав пояснення і знайшов таке: in.answers.yahoo.com/question/index?qid=20101101081211AAzjjDc, який в основному стверджує те саме. електрони в зоні провідності; отвори у валентній зоні.

— Bimpelrekkie

Дякую Бро, що очистив мої сумніви. Тепер я по-справжньому думаю!

— HumbleBee

Зауважте, що електрон у зоні провідності не може втратити «зайву» енергію, перш ніж він знайде дірку у валентній смузі, в яку рухається - втрата енергії та перехід на інший енергетичний рівень - це одне і те ж. Отже, для того, щоб електрон і дірка злилися, одночасно повинні бути присутні три речі: електрон, дірка і щось, щоб поглинати зайву енергію. У деяких випадках зайва енергія може випромінюватися як світло; в інших випадках атоми субстрату поглинають його як кінетичну (теплову) енергію.

— Ільмарі Каронен

Я намагався, звичайно, відповісти простим. Основне питання про те, що електрон знайде положення, співмірне з його енергетичним рівнем, є моїм основним моментом і що більш високі рівні енергії прирівнюються до більшої мобільності.

— Пітер Сміт

@Ilmari Karonen: Електрон в зоні провідності може втратити зайву енергію, якщо під ним є вакантний стан. Незалежно від природи: звичайний отвір, вакансія в тій же (провідницькій) смузі або зв'язаний стан, створений допінгом .

— Incnis Mrsi