Warum bewegen sich Elektronen schneller als Löcher in einem Halbleiter?

Wenn ein Elektron austritt, wird nur ein Loch erzeugt, und wenn ein anderes Elektron es füllt, bewegt sich nur das Loch. Auf diese Weise sollten beide Strom mit der gleichen Geschwindigkeit leiten. Mir wurde jedoch gesagt, dass Löcher eine höhere Beweglichkeit haben als Elektronen. Bitte erklären Sie, wie das sein kann, ich bin verwirrt.

semiconductors

— Hummel
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en.wikipedia.org/wiki/Electron_mobility (deckt auch Löcher ab)

— Fizz

eine vereinfachte TLDR: Es gibt zu jedem Zeitpunkt zwei "Arten" von Elektronen: freie Elektronen und "gebundene" Elektronen. Freie Elektronen bewegen sich frei im Raum, gebundene Elektronen können nur von einer kovalenten Bindung zur nächsten springen. Natürlich bewegen sich gebundene Elektronen langsamer als freie Elektronen. Dies ist die Antwort auf Ihre Frage. (Hinweis: Ein Loch ist nur eine Abstraktion für ein fehlendes gebundenes Elektron, nicht für ein fehlendes freies Elektron. Ein Loch ist kein symmetrisches Gegenstück zu einem freien Elektron.)

— Akhmed

Gute Frage Ich lese gerade ein Buch mit dem Titel "Halbleiterphysik: Eine Einführung von K.Seeger", um eine bessere Vorstellung von dieser Art von Phänomenen zu bekommen.

— Crowie

Vielleicht ist es einfacher, mit dem Energiezustand zu beginnen.

Freie Elektronen (die sich von einem Atom zum anderen bewegen) befinden sich im Leitungsband und Löcher (das Fehlen eines Elektrons in einer Umlaufbahn) befinden sich im Valenzband (gleiche Verbindung).

Das Leitungsband hat ein höheres Energieniveau als das Valenzband und das bedeutet, dass sich die Dinge schneller bewegen. Interessanterweise muss ein Elektron etwas Energie verlieren, damit es sich vom Leitungsband zum Valenzband bewegt (und das Loch füllt).

Aus einer intuitiveren Perspektive fallen nicht alle möglichen Elektronen hinein, wenn ein Loch in einer Valenzbahn erscheint. Eine ganze Reihe wird vergehen, bis ein Elektron, das (entscheidend) genügend Energie verloren hat, um sich in ein niedrigeres Energieband zu bewegen, das Loch füllt.

Als das Elektron eine Umlaufbahn verließ (ein Loch erzeugte), war dies darauf zurückzuführen, dass Energie möglicherweise durch eine Kollision oder sogar nur durch Wärme hinzugefügt wurde (andernfalls konnte es keinen Ort mit höherer Energie im Leitungsband annehmen). Nur wenn es diese Energie verbraucht hat (indem es sich bewegt oder vielleicht mit einem anderen Objekt kollidiert, das ein Photon ausstoßen kann - dies bedeutet, dass das Elektron Energie im Wert von 1 Photon verloren hat), kann es diese zusätzliche Energie verlieren und in das Valenzband fallen.

Dies wird möglicherweise durch einen detaillierteren Blick auf die Energieniveaus erklärt

— Peter Smith
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Diese Antwort macht Sinn, ich habe nach einer Erklärung gesucht und diese gefunden: in.answers.yahoo.com/question/index?qid=20101101081211AAzjjDc, die im Grunde dasselbe aussagt. Elektronen im Leitungsband; Löcher im Valenzband.

— Bimpelrekkie

Danke Bro, dass du meine Zweifel ausgeräumt hast. Jetzt denke ich richtig!

— HumbleBee

Beachten Sie, dass ein Elektron im Leitungsband die "zusätzliche" Energie nicht verlieren kann, bevor es ein Loch im Valenzband findet, in das es sich bewegen kann. Energie zu verlieren und sich auf ein anderes Energieniveau zu bewegen, ist dasselbe. Damit ein Elektron und ein Loch verschmelzen können, müssen drei Dinge gleichzeitig vorhanden sein: das Elektron, das Loch und etwas, das die zusätzliche Energie absorbiert. In einigen Fällen kann die zusätzliche Energie als Licht abgestrahlt werden; in anderen Fällen absorbieren die Substratatome es als kinetische (Wärme-) Energie.

— Ilmari Karonen

Ich habe natürlich versucht, die Antwort einfach zu halten. Das zugrunde liegende Problem, dass ein Elektron eine Position findet, die seinem Energieniveau entspricht, ist mein Hauptpunkt und dass höhere Energieniveaus einer höheren Mobilität entsprechen.

— Peter Smith

@Ilmari Karonen: Ein Elektron im Leitungsband kann die zusätzliche Energie verlieren, wenn sich darunter ein leerer Zustand befindet. Welcher Art auch immer: ein herkömmliches Loch, eine Lücke im gleichen (Leitungs-) Band oder ein durch Dotierung erzeugter gebundener Zustand .

— Incnis Mrsi