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空穴是假想出來的,那為什麼空穴和電子遷移率不同?


再說一次,空穴不是簡單的電子運動等效,我們說的空穴導電和電子導電有物理意義上的區別。

最簡單的理解方法是,空穴導電時,電子運動發生在價帶;電子導電時,電子運動發生在導帶。常見的半導體材料中,原子核對導帶電子的束縛力小於價帶電子,散射效應也是在價帶更明顯,所以空穴遷移率小於電子。而且在計算洛倫茲力時,價帶電子的有效質量是負的,這就是為什麼可以通過霍爾效應判別半導體類型。

更準確的請參考固體物理中的描述,固體物理會告訴你為什麼一般情況下我們把空穴視作一種真實存在的粒子。


其實載流子和能帶理論說白了也只是用於解釋半導體上物理現象的一個模型而已。

空穴遷移率和電子不同,是實驗得出的結果。換言之你只要用載流子去解釋半導體的種種性質,就必須設定空穴的遷移率比電子低,才能得出和實驗相符合的計算結果。

物理學的發展很多時候都是先有了一個現象,然後再通過這個現象假想一個模型去解釋這個現象,等到有了新的技術手段發現了這個模型無法解決的問題,這個模型就被推翻,重新提出新的模型。在不斷的顛覆中物理學才能向前發展。(比如一開始人們把原子假想成不可再分的微粒,後來假想成棗糕,再後來假想成行星,到如今的電子云模型,誰也不敢說對原子的認知就到了盡頭)

要記住這些理論和模型都只是你認識現象的工具,而非鐵律。


在半導體中,載流子有兩種:電子和空穴(關於半導體電子和空穴的概念請自行看書)。這是普遍的回答,但是要注意這裡說的電子是吸收了足夠的能量擺脫了原子核束縛的電子,一般情況下,很多電子沒有吸收足夠的能量是沒有擺脫原子核束縛的,這些電子幾乎不參與導電,也就是說幾乎不給電流做貢獻。空穴是電子掙脫束縛後留下來的一個空位(暫且可以這麼理解),空穴是怎麼導電的呢?它可是一個空位,就是那個位置啥都沒有。它還是要靠電子的運動來導電,簡單的說就是相鄰的原子上的外層電子跑到了這個空穴裡面,在自己的那個位置留下來一個空位,這個空穴的運動方向是不是和相鄰原子的外層電子的運動方向相反啊,電子帶負電,那我們是不是可以假想空穴帶正電,並且假想空穴是一種微粒啊,其實我們就是這麼假想的,便於問題的分析和計算。那麼空穴運動藉助的電子和吸收了足夠的能量擺脫了原子核束縛的電子是不一樣的,吸收了足夠的能量擺脫了原子核束縛的電子運動受到的阻礙小,空穴運動藉助的電子運動受到的阻礙大,這樣就造成了半導體中載流子中的導電電子(吸收了足夠的能量擺脫了原子核束縛的電子)和空穴的遷移率不一樣,導電電子遷移率大(被原子核束縛的電子幾乎不考慮遷移率),空穴遷移率小。
坐車用iPad答題,排版不好,還請諒解。固體物理和半導體物理書上都有相應的介紹和有助於理解的圖片,題主有興趣可以看一下。

才疏學淺,還請大神們輕拍。(手動大笑 )


我的理解是,電子相當於空氣中的雨滴,空穴相當於水中的氣泡。 相同引力下,雨滴下落加速度高於氣泡上升加速度。類似於電子遷移率大於空穴。

另外,氣泡的上升也是因為氣泡周圍的水下降造成,而非單純的氣泡上升。

這只是我簡單粗暴的形象理解,並不嚴謹,也經不起推敲,見笑。


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