Pourquoi les électrons se déplacent-ils plus vite que les trous dans un semi-conducteur?

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Lorsqu'un électron part, alors seul un trou est créé, et lorsqu'un autre électron le remplit, alors seul le trou se déplace, de cette manière, les deux devraient conduire le courant à la même vitesse. Pourtant, on m'a dit que les trous ont une mobilité plus élevée que les électrons. Veuillez expliquer comment cela peut être, je suis confus.

semiconductors HumbleBee
la source
en.wikipedia.org/wiki/Electron_mobility (couvre également les trous)
Fizz
2
un TLDR simplifié: il existe à tout moment deux "types" d'électrons: les électrons libres et les électrons "liés". Les électrons libres se déplacent librement dans l'espace, les électrons liés ne peuvent que passer d'une liaison covalente à une autre. Naturellement, les électrons liés se déplacent plus lentement que les électrons libres. Ceci est la réponse à votre question. (Remarque: un trou n'est qu'une abstraction pour un électron lié manquant et non pour un électron libre manquant. Un trou n'est pas la contrepartie symétrique d'un électron libre).
akhmed
Grande question que je lis en ce moment un livre intitulé "Physique des semi-conducteurs: Une introduction par K.Seeger" pour avoir une meilleure idée de ce genre de phénomènes.
crowie

Réponses:

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Il serait peut-être plus facile de commencer à l'état énergétique.

Les électrons libres (ceux qui se déplacent d'un atome à l'autre) sont dans la bande de conduction et les trous (le manque d'électrons dans une orbite) sont dans la bande de valence (même lien).

La bande de conduction est à un niveau d'énergie plus élevé que la bande de valence et cela signifie que les choses bougent plus vite. Plus intéressant, pour qu'un électron passe de la bande de conduction à la bande de valence (et remplisse le trou), il doit perdre de l'énergie.

D'un point de vue plus intuitif, lorsqu'un trou apparaît dans une orbite de valence, tous les électrons possibles n'y tomberont pas; un bon nombre passera jusqu'à ce qu'un électron qui a (de manière cruciale) perdu suffisamment d'énergie pour se déplacer dans une bande d'énergie inférieure remplisse le trou.

Lorsque cet électron a quitté une orbite (créant un trou), c'est parce qu'il avait de l'énergie ajoutée peut-être par une collision ou même simplement de la chaleur (sinon il ne pourrait pas prendre un emplacement d'énergie plus élevée dans la bande de conduction). Ce n'est que lorsqu'il a épuisé cette énergie (en se déplaçant ou en entrant en collision avec un autre objet qui peut éjecter un photon - cela signifie que l'électron a perdu 1 photon d'énergie) qu'il peut perdre cette énergie supplémentaire et tomber dans la bande de valence.

Cela s'explique peut-être par un examen plus détaillé des niveaux d'énergie

Peter Smith
la source
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Cette réponse est logique, je cherchais une explication et j'ai trouvé ceci: in.answers.yahoo.com/question/index?qid=20101101081211AAzjjDc qui énonce essentiellement la même chose. électrons en bande de conduction; trous dans la bande de valence.
Bimpelrekkie
Merci Bro d'avoir dissipé mon doute. Maintenant, je pense de la bonne façon!
HumbleBee
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Notez qu'un électron dans la bande de conduction ne peut pas perdre l'énergie «supplémentaire» avant de trouver un trou dans la bande de valence pour entrer - la perte d'énergie et le passage à un niveau d'énergie différent sont la même chose. Donc, fondamentalement, pour qu'un électron et un trou fusionnent, trois choses doivent être présentes en même temps: l'électron, le trou et quelque chose pour absorber l'énergie supplémentaire. Dans certains cas, l'énergie supplémentaire peut être rayonnée sous forme de lumière; dans d'autres cas, les atomes du substrat l'absorbent sous forme d'énergie cinétique (chaleur).
Ilmari Karonen du
J'essayais de garder la réponse simple, bien sûr. Le problème sous-jacent qu'un électron trouvera une position proportionnelle à son niveau d'énergie est mon point principal et que des niveaux d'énergie plus élevés équivalent à une mobilité plus élevée.
Peter Smith
@Ilmari Karonen: Un électron dans la bande de conduction peut perdre l'énergie supplémentaire, s'il y a un état vacant en dessous. Quelle que soit la nature: un trou conventionnel, une vacance dans la même bande (de conduction) ou un état lié créé par le dopage .
Incnis Mrsi