DoITPoMS

Když elektrické pole je aplikován na kov, záporně nabité elektrony jsou urychlovány a nést výsledný proud. V polovodiči není náboj přenášen výhradně elektrony. Kladně nabité otvory také nesou náboj. Na ně lze pohlížet buď jako na volná místa v jinak vyplněném valenčním pásmu, nebo rovnocenně jako na kladně nabité částice.

Od Fermi-Diracova distribuce je funkce krok při absolutní nule, čisté polovodiče budou mít všechny státy v valence kapely naplněn elektrony a bude izolátory na absolutní nulu. To je znázorněno na e-k diagramu níže; stínované kruhy představují vyplněné stavy hybnosti a prázdné kruhy nevyplněné stavy hybnosti. V tomto diagramu se k, spíše než k, používá k označení, že vlnový vektor je ve skutečnosti vektor, tj.

Pokud kapela mezera je dostatečně malý a teplota je zvýšena z absolutní nuly, některé elektrony mohou být tepelně nadšený do vedení kapely, tvorbu elektron-díra páru. To je výsledkem rozmazání distribuce Fermi-Dirac při konečné teplotě. Elektron může přejít také do vedení kapely z valence band, pokud to absorbuje foton, který odpovídá energetickému rozdílu mezi vyplněný a nevyplněný státu. Každý takový foton musí mít energii, která je větší než nebo rovno kapela mezera mezi valenčním pásmu a vedení kapely, jako na obrázku níže.

Zda tepelně nebo photonically vyvolané, výsledek je elektron ve vedení kapely a prázdného stavu ve valenčním pásmu.

Pokud elektrické pole je nyní aplikován na materiál, všechny elektrony v pevných bude cítit síla od elektrického pole. Nicméně, protože žádné dva elektrony mohou být v přesně stejném kvantovém stavu, elektron nemůže získat žádný impuls od elektrického pole, pokud je volná hybnost stát přiléhající k státu být obsazena elektronem. Ve výše uvedeném schématu, elektron ve vedení kapely mohou získat impuls od elektrického pole, jak může elektron přilehlé k prázdné státní zanechal ve valenční pásmo. Na obrázku níže jsou oba tyto elektrony zobrazeny pohybující se doprava.

výsledkem toho je, že elektrony mají nějakou čistou hybnost, a tak dochází k celkovému pohybu náboje. Tato mírná nerovnováha kladné a záporné hybnosti je vidět na obrázku níže a vede k elektrickému proudu.

volná místa ve valenčním pásmu, která se posunula doleva může být viděn jako částice, která nese kladný elektrický náboj stejné velikosti, aby se náboj elektronu. Jedná se tedy o díru. Je třeba si uvědomit, že tyto plány nepředstavují elektrony “přeskakování” z místa na místo v reálném prostoru, protože elektrony nejsou lokalizovány na konkrétní místa v prostoru. Tato schémata jsou v hybném prostoru. Jako takový, díry by neměly být považovány za pohybující se polovodičem jako dislokace, když jsou kovy plasticky deformovány-stačí je považovat jednoduše za částice, které nesou kladný náboj.

opačný proces k vytvoření páru elektron-díra se nazývá rekombinace. K tomu dochází, když elektron klesá v energii z vodivého pásma do valenčního pásma. Stejně jako vytvoření páru elektron-díra může být indukováno fotonem, rekombinace může produkovat foton. To je princip polovodičových optických zařízení, jako jsou světelné diody (LED), ve kterých jsou fotony světlem viditelné vlnové délky.

předchozí / následující