
【電】 electron hole; hole
electricity
【計】 telewriting
【化】 electricity
【醫】 Elec.; electricity; electro-; galvano-
cave; cavity; hole; hollow
【化】 hole; opening
【醫】 bore; cava; cavern; caverna; cavitas; cavitat; cavity; cavum; syringo-
在固體物理學中,"電洞"(英文:electron hole)是半導體材料中原子價帶缺失一個電子時形成的準粒子概念。當共價鍵中的電子獲得足夠能量躍遷至導帶後,其原有位置形成的空位被定義為電洞,表現為等效正電荷載體的運動特性。
該概念由威廉·肖克利在1947年提出,用于解釋P型半導體中空穴導電機制。根據能帶理論,電洞的有效質量等于對應電子有效質量的負值,其運動方向與電子運動方向相反,滿足公式: $$ m_h^ = -m_e^ $$ 這種準粒子特性被廣泛應用于晶體管、太陽能電池等電子器件的載流子遷移率計算。
劍橋大學出版社《半導體物理學基礎》指出,電洞濃度(p)與電子濃度(n)的乘積在熱平衡狀态下遵循質量作用定律: $$ n cdot p = n_i $$ 其中$n_i$為本征載流子濃度,該原理構成了PN結整流特性的理論基礎。美國物理學會APS期刊的多篇研究論文證實,電洞遷移率對半導體器件的開關速度具有決定性影響。
“電洞”(又稱空穴)是固體物理學中的重要概念,主要用于描述半導體或晶體材料中的電荷載流子行為。以下是詳細解釋:
基本定義
電洞指共價鍵中失去一個電子後形成的空位。當一個原本呈電中性的原子因失去電子時,會因正電荷(質子數)多于負電荷(電子數)而呈現等效的正電性。
形成過程
電學性質
電洞在材料中可被視為等效的“正電荷載體”。當鄰近的電子填補該空穴時,相當于電洞向相反方向移動,這種運動與正電荷的移動效果一緻,因此常用于分析半導體中的導電機制。
實際意義
在半導體領域,電洞與自由電子共同參與導電過程。例如在P型半導體中,電洞是多數載流子,其行為直接影響材料的導電性和器件(如二極管、晶體管)的工作特性。
電洞是一種等效的物理模型,用于簡化對固體材料中複雜電子行為的分析,尤其在半導體技術中具有核心地位。
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