Warum bewegen sich Elektronen in einem Halbleiter schneller als Löcher?

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

ein vereinfachtes TLDR: Es gibt zu jeder Zeit 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 anderen 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).
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.

Antworten (1)

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 (gleiches Glied).

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

Aus einer intuitiveren Perspektive werden nicht alle möglichen Elektronen hineinfallen, wenn ein Loch in einer Valenzbahn erscheint; eine beträchtliche Anzahl wird passieren, bis ein Elektron, das (entscheidend) genug Energie verloren hat, um sich in ein niedrigeres Energieband zu bewegen, das Loch füllt.

Als das Elektron eine Umlaufbahn verließ (und ein Loch erzeugte), lag es daran, dass ihm Energie hinzugefügt wurde, vielleicht durch eine Kollision oder sogar nur durch Wärme (andernfalls könnte es keine höhere Energieposition im Leitungsband einnehmen). Erst wenn es diese Energie verbraucht hat (indem es sich bewegt oder vielleicht mit einem anderen Objekt kollidiert, das ein Photon ausstoßen kann – das bedeutet, dass das Elektron Energie im Wert von 1 Photon verloren hat), kann es diese zusätzliche Energie verlieren und in das Valenzband fallen.

Dies lässt sich vielleicht durch einen genaueren Blick auf die Energieniveaus erklären

Diese Antwort macht Sinn, ich habe nach einer Erklärung gesucht und diese gefunden: in.answers.yahoo.com/question/index?qid=20101101081211AAzjjDc was im Grunde dasselbe besagt. Elektronen im Leitungsband; Löcher im Valenzband.
Danke Bro, dass du meine Zweifel ausgeräumt hast. Jetzt denke ich richtig!
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 also 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 nehmen die Substratatome sie als kinetische (Wärme-)Energie auf.
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.
@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 Leerstelle im gleichen (Leitungs-)Band oder ein durch Doping erzeugter gebundener Zustand .