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金属に電界を印加すると、負に帯電した電子が加速され、その結果として電流が流れます。 半導体では、電荷は電子によって排他的に運ばれません。 正に帯電した穴も電荷を運ぶ。 これらは、そうでなければ満たされた価電子帯の空格子点として、または等価的に正に荷電した粒子として見ることができる。

フェルミ-ディラック分布は絶対零度でのステップ関数であるため、純粋な半導体は電子で満たされた価電子帯のすべての状態を持ち、絶対零度で絶縁体になります。 影付きの円は満たされた運動量の状態を表し、空の円は満たされていない運動量の状態を表します。 この図では、kではなくkは、waveベクトルが実際にはベクトル、すなわちスカラーではなく第一階のテンソルであることを示すために使用されています。

バンドギャップが十分に小さく、温度が絶対零度から上昇すると、いくつかの電子が伝導帯に熱励起され、電子-正孔対が形成される可能性がある。 これは有限温度でのＦｅｒｍｉ-Ｄｉｒａｃ分布のスミアの結果である。 電子が満たされた状態と満たされていない状態との間のエネルギー差に対応する光子を吸収する場合、電子は価電子帯から伝導帯に移動することも そのような光子は、下の図のように、価電子帯と伝導帯の間のバンドギャップ以上のエネルギーを持たなければなりません。

熱的または光的に誘起されるかどうかにかかわらず、結果は伝導帯の電子と価電子帯の空いた状態になります。

今、材料に電界が印加された場合、固体中のすべての電子は電界から力を感じるでしょう。 しかし、二つの電子がまったく同じ量子状態になることはできないため、電子が占有している状態に隣接して空いている運動量状態がない限り、電子は電場から運動量を得ることはできない。 上記の回路図では、伝導帯の電子は電場から運動量を得ることができ、原子価帯に残された空いた状態に隣接する電子も同様である。 下の図では、これらの電子の両方が右に移動していることが示されています。

この結果、電子は正味の運動量を持ち、全体的な電荷の動きがあります。 この正と負の運動量のわずかな不均衡は、下の図で見ることができ、それは電流を生じさせる。

左に移動した価電子帯の空いているサイトは、電子電荷と等しい大きさの正の電荷を運ぶ粒子であると見ることができます。 したがって、これは穴です。 電子は空間内の特定の部位に局在化されていないので、これらの回路図は、実空間内の部位から部位への電子「ホッピング」を表していないことが理解 これらの回路図は運動量空間にあります。 このように、金属が塑性変形しているとき、正孔は転位のように半導体を通って移動すると考えるべきではなく、単に正電荷を運ぶ粒子と見なすだけで十分である。

電子-正孔対の生成とは逆のプロセスを再結合と呼びます。 これは、電子が伝導帯から価電子帯へのエネルギーを低下させるときに起こる。 電子-正孔対の生成が光子によって誘導されるのと同じように、再結合は光子を生成することができる。 これは、光子が可視波長の光である発光ダイオード（Led）などの半導体光デバイスの背後にある原理です。

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