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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 催化 » 【求助】关于n型半导体空穴迁移
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lgl102110

金虫 (正式写手)

[交流] 【求助】关于n型半导体空穴迁移

今天跟一个朋友交流的时候，他说n型半导体的空穴是不能移动的。但是我曾经看过一些文献证明n型半导体空穴是可以移动的。比方说，二氧化钛跟另外一个n型半导体烧结在一起，二氧化钛的价带比这个n型半导体价带要正一点，那么二氧化钛的价带能不能移动到这个n型半导体的价带上。所以想请教各位高手，给我详细科普一下n型半导体究竟能不能移动。
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1楼2010-10-25 11:07:55
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jluxiaoxi

木虫 (正式写手)
lgl102110(金币+10): 2011-04-02 14:51:08
电子-空穴是从能带理论来的，导带中只有少量的轨道被电子占据，要研究导带中的性质用着少量的电子就可以了，因此选择电子。价带情况变得复杂，基本被电子填满，价带中的电子也会运动，这样就出现一些规律，要用这些电子的状态来描述将会变得复杂，因此在电子移动时就会等效的出现少量的“带正电式”的粒子向相反的方向运动，最后为了研究价带方便就用这些等效的带正电的粒子，取名叫空穴。
因此空穴相当于也在时时刻刻不停运动
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5楼2010-12-24 16:51:16
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guolianshun

金虫 (著名写手)
理解误差，请看下面：你们二人。都有道理当价带中一个电子被激发到导带中，在价带中就留下了一个电子的空位。在电场的作用下，价带中邻近的电子就会填补这个空位，而把它自己的位置空出来，这就好象空位本身在电场的作用下产生移动一样。空位的作用好象一个带正电的粒子，在半导体物理学上把它叫作空穴。穴带中的一个电子可以吸收外界能量而跃迁到导带中去，在价带中形成一个空穴。反之，导带中的一个电子也可以跃迁到价带中去，在价带中填补一个空穴，把这一过程叫做复合。在复合时，电子把大约等于禁带宽度Eg的能量释放出来。在辐射跃迁的情况下，释放出一个频率为： 的光子，其中h是普朗克常数（6.625×10-34焦耳•秒）。不同的半导体单晶材料的Eg值不同，光发波长也不同，因为电子和空穴都是处于能带之中，不同的电子和空穴的能级有所差别，复合发光的波长有所差别，但其频率接近于γ。 2.1-2半导体掺杂、P型半导体和N型半导体 上面说到的都是纯净、完整的理想半导体单晶的情况。在实际的半导体单晶材料中，往往存在着与组成晶体的基质原子不同的其它元素的原子——杂质原子，以及在晶体形成过程中出现的各种缺陷。进行材料提纯，就是为了去除有害杂质。进行各种处理，就是为了消除或减少某些缺陷。但是，在实际应用中，我们还要有意识地在晶体中掺入一定量的有用杂质，这些杂质原子对半导体起着极为重要的作用。我们知道，按照掺杂的不同，可以得到电子型半导体和空穴型半导体材料。 所谓本征半导体，是指含杂质和缺陷极少的纯净、完整的半导体。其特点是，在半导体材料中，导带电子和数目和价带空穴的数目相等。通常把本征半导体叫做I型半导体。所谓电子型半导体就是通过故意掺杂使用导带的电子数目比价带空穴的数目大得多的半导体。例如，在纯净的III－V族化合物GaAs中掺入不量的VI族元素Te，Te原子取代晶体中的As原子，这样就得到了电子型半导体。Te原子的外层有六个价电子，As原子的外导有五个价电子，在形成共价键时每个Te原子向晶体提供一个电子，因而导带内就有许多电子，这种电子型半导体亦称为N型半导体。所谓空穴型半导体，就是通过故意掺杂使价带空穴的数目比导带电子数目大得多的半导体。例如，在纯净的III－V族化合物GaAs中掺入少量的II族元素Zn。Zn原子取代晶体中的Ga原子，这样就得到了空穴型半导体。Zn原子的外层有两个价电子，Ga原子的外层有三个价电子，在形成共价键时每个Zn原子向晶体索取一个电子，即向晶体提供一个空穴，因而价带内就有许多空穴，这种空穴型半导体也叫做P型半导体。 理论分析和实验结果表明，半导体的物理性质在很大程度上取决于所含杂质的种类和数量。更重要的是，把不同类型的半导体结合起来，就可以制作成各种各样的半导体器件，当然也包括这里要讲的激光二极管和发光二极管。请注意，这里所说的“结合”，并不是简单的机械的接触，而是在同一块半导体单晶内形成不同类型的两个或两个以上的区域。 2.1-3半导体p-n结和p-n结光源 P型半导体与N型半导体结合的界面称为p-n结，许多半导体器件（包括半导体激光器）的核心就是这个p-n结。前面提到，在P型半导体内有多余空穴，在N型半导体内有多余电子，当这两种半导体结合在一起时，P区内的空穴向N区扩散，在靠近界面的地方剩下了带负电的离子，N区内的电子向P区扩散，在靠近界面的地方剩下了带正电的离子。这样一来，在界面两侧就形成了带相反电荷的区域，叫做空间电荷区。由这些相反电荷形成一个自建电场，其方向是由N区指向P区。由于自建电场的存在，在界面的两侧产生了一个电势差VD，这个电势差阻碍空穴和电子的进一步扩建，使之最后达到平衡状态。因此，我们把VD叫做阻碍空穴和电子扩散的势垒。如图2.1所示的p-n结及能带，显然，P区的能量比N区的提高了eVD，其中e是电子的电荷量。如图中所示：对于轻掺杂的p-n结，eVDEg。理论分析表明，可以利用一个能级EF（称为费米能级）来描述电子和空穴分布的规律。对于EF以下的能级，电子占据的可能性大于1/2，空穴占据的可能性大于1/2。在平衡状态下，P区和N区有统一的费米能级。对于P区，因为晶体内有许多空穴，所以价带顶在费米能级附近。对于N区，因为晶体内有许多电子，所以导带底在费米能级附近。这样一来就画出了图2.1(a)所示的能带图。半导体p-n结光源包括半导体发光二极管与半导发光二极管与半导体激光器，它们都是正向工作器件。当把正向电压V加在p-n结上时，抵销了一部分势垒，势垒高度只剩下了（VD－V）的数值，如图2.1(b)所示。外加的正向电压破坏了原来的平衡状态，P区和N区的费米能级分离开来。这时，可以用两个所谓的准费米能级来描述电子和空穴分布的规律。把N区的准费米能级记作（EF）N，对于（EF）N以下的能极，电子占据的可能性大于1/2。把P区的准费米能级记作（EF）P，对于（EF）P以上的能级，空穴占据的可能性大于1/2。当把足够大的正向电压加在p-n结上时，P区内的空穴大量地注入N区，N区内的电子大量地注入P区。这样一来，在P区和N区靠近界面的地方就产生了复合发光。在激光物理学中，材料的光子吸收、自发发射和受激发射可以由图2.2的两能级图来表示。图中E1是

[ Last edited by guolianshun on 2011-4-2 at 15:23 ]
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6楼2011-04-02 15:22:53
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guolianshun

金虫 (著名写手)
lgl102110(金币+1): 2011-04-02 14:50:52
引用回帖:
Originally posted by lgl102110 at 2010-10-25 11:07:55:
今天跟一个朋友交流的时候，他说n型半导体的空穴是不能移动的。但是我曾经看过一些文献证明n型半导体空穴是可以移动的。比方说，二氧化钛跟另外一个n型半导体烧结在一起，二氧化钛的价带比这个n型半导体价带要正一 ...

这是两种材料烧结取齐。
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2楼2010-12-15 09:58:46
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liwenjuan2801

银虫 (小有名气)
★
催化大师(金币+1):谢谢指点，欢迎常来催化版讨论！ 2010-12-15 12:44:43
lgl102110(金币+1): 2011-04-02 14:50:55
空穴只是一个虚拟的概念，我们所说的空穴移动其实是电子的移动，电子转移走了，剩下的位置我们就定义是空穴。
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3楼2010-12-15 10:12:19
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yang1pengju

金虫 (小有名气)
lgl102110(金币+1): 2011-04-02 14:50:59
上面楼主说的有道理，电子的移动其实相反就是空穴的移动
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4楼2010-12-24 11:48:13
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wyvernzxb1

木虫 (小有名气)
引用回帖:
Originally posted by yang1pengju at 2010-12-24 11:48:13:
上面楼主说的有道理，电子的移动其实相反就是空穴的移动

4L正解 详情可见电工学，本科应该学过吧
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7楼2011-04-03 22:26:36
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麽麽茶

铜虫 (初入文坛)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
6楼: Originally posted by guolianshun at 2011-04-02 15:22:53
理解误差，请看下面：你们二人。都有道理当价带中一个电子被激发到导带中，在价带中就留下了一个电子的空位。在电场的作用下，价带中邻近的电子就会填补这个空位，而把它自己的位置空出来，这就好象空位本身在电场的 ...

能不能给我发过来你的这篇文献的全名，我对这篇很感兴趣，多谢多谢
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8楼2013-10-28 21:35:07
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532472065

银虫 (小有名气)
★ ★ ★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
lgl102110(jiangyun2代发): 金币+1, 谢谢回帖交流，欢迎常来~~ 2013-11-19 09:06:38
lgl102110(jiangyun2代发): 金币+2 2013-11-19 09:06:42
其实说明了，在半导体内永远移动的都是电子，空穴永远是不会移动的，只是电子的移动复合了空穴，原来的位置被留了下来，成为了空穴，这就相当于空穴在移动一样，为了方便常说空穴移动而已！当然在移动的过程中方向是彼此相反的！明白了吗？

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9楼2013-10-30 11:19:58
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532472065

银虫 (小有名气)
建议楼主看下半导体物理！就明白一切了！

[ 发自小木虫客户端 ]
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10楼2013-10-30 11:21:34
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