
在半导体物理学中,"空穴"(英文:hole)是描述共价键中电子缺失形成的准粒子概念,其行为等效于带正电荷的载流子。该术语最早由物理学家威廉·肖克利在1949年提出,现已成为固态电子学基础理论的重要组成部分。
根据《牛津半导体器件手册》定义,空穴的产生源于半导体晶格中电子脱离共价键形成的空缺位置。当价带电子获得足够能量跃迁至导带后,价带中留下的空缺会被邻近电子填补,这种空缺的连续移动在宏观上表现为等效正电荷的迁移。
剑桥大学固体物理实验室研究指出,空穴迁移率($mu_p$)与材料晶格结构直接相关,计算公式为: $$ mu_p = frac{qtau}{m^} $$ 其中$q$为电荷量,$tau$为平均散射时间,$m^$为空穴有效质量。该参数直接影响半导体器件的导电性能。
在工程应用领域,美国电气电子工程师协会(IEEE)标准中明确将空穴浓度($p$)与电子浓度($n$)的关系表述为: $$ np = n_i $$ 式中$n_i$为本征载流子浓度,这一关系式是分析PN结特性的基础。
参考文献:
“空穴”一词在不同语境中有多重含义,以下是综合物理学和汉语用法的详细解释:
定义
空穴(Electron hole)是半导体中因电子脱离共价键形成的等效正电荷载流子。当价电子受热或光激发脱离共价键成为自由电子时,原位置会留下带正电的空位,即空穴。
特性
半导体中的作用
在硅等半导体材料中,空穴与自由电子共同参与导电。例如,P型半导体以空穴为主要载流子,其迁移率虽低于电子,但决定了材料的电学性能。
成语“空穴来风”
指传言或观点缺乏实际依据,如例句:“有人反映你抄作业,确是空穴来风”。该用法强调“无实质内容”,源自《淮南子》中“空穴之中,足以适情”的岩洞比喻。
一般语义
可指物体表面的孔洞或晶体结构中的缺陷,如“实心物体上的窟窿”。
维度 | 物理学空穴 | 汉语引申义 |
---|---|---|
本质 | 等效正电荷载流子 | 空洞、无依据的言论或物理孔洞 |
作用场景 | 半导体导电、光电效应 | 语言表达、材料缺陷描述 |
典型关联词 | 共价键、自由电子、P型半导体 | 空穴来风、岩穴、晶体缺陷 |
如需进一步了解半导体中空穴的迁移率公式或成语典故,可参考相关文献或扩展资料。
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