Föreställ dig en bit halvledarmaterial, som kisel. Den är fylld med atomer, var och en har sin egen kärna och kretsande elektroner. I den enklaste modellen har vi två huvudtyper av laddningsbärare:
1. Gratis elektroner: Det här är elektroner som har fått tillräckligt med energi för att bryta sig loss från sina förälderatomer och vandra runt i materialet. De kan enkelt röra sig och bidra till elektrisk ström när ett elektriskt fält appliceras.
2. Hål: Dessa är inte faktiska partiklar utan snarare frånvaron av en elektron i atomens valensband. Föreställ dig ett hål som en ledig plats där en elektron * ska * vara. När en elektron hoppar från en atom till en annan och lämnar sitt ursprungliga plats skapas ett hål. Detta hål fungerar som en positiv laddningsbärare eftersom det lockar elektroner i närheten.
Här är ett förenklat diagram:
`` `
+-----++-----++-----+
| Si | | Si | | Si |
+-----++-----++-----+
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
e- | | e- | | e- | | e-
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
+-----++-----++-----+
Hål | | Hål | | Hål
+-----++-----++-----+
`` `
* gratis elektroner (e-) visas som små blå prickar som rör sig slumpmässigt i materialet.
* hål representeras som tomma utrymmen i atomens struktur.
Nu, låt oss överväga ett elektriskt fält:
Föreställ dig att applicera en spänning över halvledaren och skapa ett elektriskt fält. Detta fält kommer att pressa fria elektroner i en riktning och drar hål i motsatt riktning. Denna rörelse av både fria elektroner och hål utgör elektrisk ström .
Så här fungerar det:
* Gratis elektroner: Det elektriska fältet tvingar dem att driva i motsatt riktning till fältet.
* hål: Medan hålen själva inte fysiskt rör sig, fylls de av närliggande elektroner som hoppar in i dem. Detta skapar en "kedjereaktion" av elektronhopp, vilket gör att det verkar som om hålen själva rör sig i riktning mot det elektriska fältet.
I huvudsak bidrar både fria elektroner och hål till strömflödet genom att bära laddningar i motsatta riktningar under påverkan av ett elektriskt fält.
Nyckelpunkter:
* Gratis elektroner och hål är laddningsbärare i halvledare.
* Gratis elektroner rör sig fritt, medan hål är frånvaron av elektroner.
* Båda bidrar till strömflödet genom att röra sig i motsatta riktningar under ett elektriskt fält.
Denna förenklade modell ger en grundläggande förståelse för hur fria elektroner och hål bidrar till elektrisk ström i halvledare. Den faktiska mekanismen är mer komplex och involverar kvantmekanik, men denna illustration ger en bra utgångspunkt.
