Forklar med hjælp af diagram, hvordan frie elektroner og hul bidrager til elektrisk strøm?

Hvor frie elektroner og huller bidrager til elektrisk strøm

Forestil dig et stykke halvledermateriale, som silicium. Det er fyldt med atomer, der hver har sin egen kerne og kredsende elektroner. I den enkleste model har vi to hovedtyper af ladningsselskaber:

1. Gratis elektroner: Dette er elektroner, der har fået nok energi til at bryde fri fra deres forælderatomer og vandre rundt i materialet. De kan nemt bevæge sig og bidrage til elektrisk strøm, når der anvendes et elektrisk felt.

2. Huller: Disse er ikke faktiske partikler, men snarere fraværet af et elektron i atomets valensbånd. Forestil dig et hul som et ledigt sted, hvor en elektron * skal * være. Når en elektron hopper fra et atom til et andet og efterlader sin oprindelige placering, oprettes et hul. Dette hul fungerer som en positiv ladningsbærer, fordi det tiltrækker elektroner i nærheden.

Her er et forenklet diagram:

`` `

+-----++-----++-----+

| Si | | Si | | Si |

+-----++-----++-----+

| | | | | |

| | | | | |

| | | | | |

e- | | e- | | e- | | e-

| | | | | |

| | | | | |

| | | | | |

+-----++-----++-----+

Hul | | Hul | | Hul

+-----++-----++-----+

`` `

* frie elektroner (e-) vises som små blå prikker, der bevæger sig tilfældigt inden i materialet.

* huller er repræsenteret som tomme rum i atomets struktur.

Lad os nu overveje et elektrisk felt:

Forestil dig at anvende en spænding over halvlederen og skabe et elektrisk felt. Dette felt vil skubbe frie elektroner i en retning og trække huller i den modsatte retning. Denne bevægelse af både frie elektroner og huller udgør elektrisk strøm .

Sådan fungerer det:

* Gratis elektroner: Det elektriske felt tvinger dem til at drive i den modsatte retning til marken.

* huller: Mens huller i sig selv ikke fysisk bevæger sig, udfyldes de af nærliggende elektroner, der hopper ind i dem. Dette skaber en "kædereaktion" af elektronhopp, hvilket får det til at se ud som om hullerne i sig selv bevæger sig i retning af det elektriske felt.

I det væsentlige bidrager både frie elektroner og huller til strømmen af ​​strøm ved at bære ladninger i modsatte retninger under påvirkning af et elektrisk felt.

Nøglepunkter:

* Gratis elektroner og huller er ladningsfartsselskaber i halvledere.

* Frie elektroner bevæger sig frit, mens huller er fraværet af elektroner.

* Begge bidrager til strømstrømmen ved at bevæge sig i modsatte retninger under et elektrisk felt.

Denne forenklede model giver en grundlæggende forståelse af, hvordan frie elektroner og huller bidrager til elektrisk strøm i halvledere. Den faktiske mekanisme er mere kompleks og involverer kvantemekanik, men denne illustration giver et godt udgangspunkt.