Mengapa elektron bergerak lebih cepat daripada lubang di semikonduktor?

10

Ketika sebuah elektron pergi, maka hanya lubang yang dibuat, dan ketika elektron lain mengisinya, maka hanya lubang yang bergerak, jadi dengan cara itu, keduanya harus mengalirkan arus dengan kecepatan yang sama. Namun saya telah diberitahu bahwa lubang memiliki mobilitas yang lebih tinggi daripada elektron. Tolong jelaskan bagaimana itu bisa terjadi, saya bingung.

Kumbang
sumber
en.wikipedia.org/wiki/Electron_mobility (juga mencakup lubang)
Fizz
2
TLDR yang disederhanakan: ada dua "tipe" elektron pada waktu tertentu: elektron bebas dan elektron "terikat". Elektron bebas bergerak bebas di ruang angkasa, elektron yang terikat hanya dapat melompat dari satu ikatan kovalen ke ikatan lainnya. Secara alami, elektron yang terikat bergerak lebih lambat daripada elektron bebas. Ini adalah jawaban untuk pertanyaan Anda. (Catatan: Lubang hanyalah abstraksi untuk elektron terikat yang hilang, bukan elektron bebas yang hilang. Lubang bukan rekanan simetris dari elektron bebas).
akhmed
Pertanyaan yang bagus Saya sedang membaca buku yang disebut 'Fisika Semikonduktor: Pengantar oleh K.Seeger' untuk mendapatkan ide yang lebih baik tentang fenomena semacam ini.
crowie

Jawaban:

11

Mungkin lebih mudah untuk memulai pada keadaan energi.

Elektron bebas (yang bergerak dari satu atom ke atom lainnya) ada di pita konduksi dan lubang (kekurangan elektron di orbit) ada di pita valensi (tautan yang sama).

Pita konduksi berada pada tingkat energi yang lebih tinggi daripada pita valensi dan itu berarti segala sesuatunya bergerak lebih cepat. Lebih menarik lagi, agar elektron berpindah dari pita konduksi ke pita valensi (dan mengisi lubang) elektron harus kehilangan energi.

Dari perspektif yang lebih intuitif, ketika sebuah lubang muncul dalam orbit valensi, tidak semua elektron yang mungkin jatuh ke dalamnya; cukup banyak yang akan berlalu sampai sebuah elektron yang (secara krusial) kehilangan energi yang cukup untuk pindah ke pita energi yang lebih rendah akan mengisi lubang tersebut.

Ketika elektron tersebut meninggalkan orbit (membuat lubang), itu karena memiliki energi yang ditambahkan mungkin oleh tabrakan atau bahkan hanya dari panas (jika tidak, ia tidak dapat mengambil lokasi energi yang lebih tinggi di pita konduksi). Hanya ketika telah menghabiskan energi itu (dengan bergerak atau mungkin bertabrakan dengan objek lain yang dapat mengeluarkan foton - ini berarti elektron telah kehilangan 1 foton energi) dapat ia kehilangan energi ekstra dan jatuh ke pita valensi.

Ini mungkin dijelaskan oleh tampilan tingkat energi yang lebih rinci

Peter Smith
sumber
1
Jawaban ini masuk akal, saya mencari penjelasan dan menemukan ini: in.answers.yahoo.com/question/index?qid=20101101081211AAzjjDc yang pada dasarnya menyatakan hal yang sama. elektron dalam pita konduksi; lubang di pita valensi.
Bimpelrekkie
Terima kasih, Bro, telah menghapus keraguan saya. Sekarang saya berpikir dengan cara yang benar!
HumbleBee
2
Perhatikan bahwa sebuah elektron dalam pita konduksi tidak dapat kehilangan energi "ekstra" sebelum ia menemukan lubang pada pita valensi untuk berpindah - kehilangan energi dan pindah ke tingkat energi yang berbeda adalah hal yang sama. Jadi pada dasarnya, agar sebuah elektron dan sebuah lubang bergabung, tiga hal harus ada pada saat yang bersamaan: elektron, lubang, dan sesuatu untuk menyerap energi ekstra. Dalam beberapa kasus energi ekstra dapat dipancarkan sebagai cahaya; dalam kasus lain, atom-atom substrat menyerapnya sebagai energi kinetik (panas).
Ilmari Karonen
Tentu saja aku berusaha menjaga jawabannya tetap sederhana. Masalah mendasar bahwa sebuah elektron akan menemukan posisi yang sepadan dengan tingkat energinya adalah titik utama saya dan bahwa tingkat energi yang lebih tinggi setara dengan mobilitas yang lebih tinggi.
Peter Smith
@Ilmari Karonen: Elektron di pita konduksi dapat kehilangan energi ekstra, jika ada keadaan kosong di bawahnya. Yang mana pun dari alam: lubang konvensional, kekosongan dalam pita (konduksi) yang sama, atau keadaan terikat yang dibuat doping .
Incnis Mrsi