Por que os elétrons se movem mais rápido que os buracos em um semicondutor?

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Quando um elétron sai, apenas um buraco é criado, e quando outro elétron o preenche, apenas o buraco se move; dessa forma, ambos devem conduzir a corrente na mesma velocidade. Ainda me disseram que os buracos têm maior mobilidade que os elétrons. Por favor, explique como isso pode ser, estou confuso.

semiconductors HumbleBee
fonte
en.wikipedia.org/wiki/Electron_mobility (também cobre buracos)
Fizz
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um TLDR simplificado: existem dois "tipos" de elétrons a qualquer momento: elétrons livres e elétrons "ligados". Os elétrons livres se movem livremente no espaço, os elétrons ligados só podem pular de uma ligação covalente para outra. Naturalmente, os elétrons ligados se movem mais lentamente que os elétrons livres. Esta é a resposta para sua pergunta. (Nota: Um buraco é apenas uma abstração para um elétron ligado ausente e não para um elétron livre ausente. Um buraco não é uma contraparte simétrica de um elétron livre).
Akhmed
Ótima pergunta Estou lendo um livro no momento chamado 'Física de Semicondutores: Uma introdução por K.Seeger' para ter uma idéia melhor sobre esse tipo de fenômeno.
Crowie

Respostas:

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Talvez seja mais fácil começar no estado de energia.

Elétrons livres (aqueles que se deslocam de um átomo para outro) estão na banda de condução e orifícios (a falta de elétron em uma órbita) estão na banda de valência (mesmo link).

A banda de condução está em um nível de energia mais alto que a banda de valência e isso significa que as coisas se movem mais rapidamente. Mais interessante, para que um elétron se mova da banda de condução para a banda de valência (e preencha o buraco), ele deve perder um pouco de energia.

De uma perspectiva mais intuitiva, quando um buraco aparece em uma órbita de valência, nem todos os elétrons possíveis caem nele; um grande número passará até que um elétron que (crucialmente) tenha perdido energia suficiente para se mover para uma faixa de energia mais baixa preencha o buraco.

Quando o referido elétron deixou uma órbita (criando um buraco), foi porque havia energia adicionada talvez por uma colisão ou mesmo apenas pelo calor (caso contrário, não poderia assumir uma localização de energia mais alta na banda de condução). Somente quando ela gasta essa energia (movendo-se ou colidindo com outro objeto que pode ejetar um fóton - isso significa que o elétron perdeu 1 fóton de energia) ele pode perder essa energia extra e cair na faixa de valência.

Talvez isso seja explicado por uma análise mais detalhada dos níveis de energia

Peter Smith
fonte
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Esta resposta faz sentido, eu estava procurando uma explicação e encontrei o seguinte: in.answers.yahoo.com/question/index?qid=20101101081211AAzjjDc, que basicamente afirma o mesmo. elétrons na banda de condução; orifícios na banda de valência.
Bimpelrekkie
Obrigado Bro por esclarecer minha dúvida. Agora estou pensando da maneira certa!
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Observe que um elétron na banda de condução não pode perder a energia "extra" antes de encontrar um buraco na banda de valência para entrar - perder energia e mover-se para um nível de energia diferente são a mesma coisa. Então, basicamente, para que um elétron e um buraco se fundam, três coisas devem estar presentes ao mesmo tempo: o elétron, o buraco e algo para absorver a energia extra. Em alguns casos, a energia extra pode ser irradiada como luz; em outros casos, os átomos do substrato o absorvem como energia cinética (calor).
Ilmari Karonen
Eu estava tentando manter a resposta simples, é claro. A questão subjacente de que um elétron encontrará uma posição proporcional ao seu nível de energia é o meu ponto principal e que níveis mais altos de energia equivalem a maior mobilidade.
Peter Smith
@Ilmari Karonen: Um elétron na banda de condução pode perder a energia extra, se houver um estado vago abaixo dela. De qualquer natureza: um buraco convencional, uma vaga na mesma banda (condução) ou um estado ligado criado por doping .
Incnis MRSI