Hoe gratis elektronen en gaten bijdragen aan elektrische stroom

Stel je een stuk halfgeleidermateriaal voor, zoals silicium. Het is gevuld met atomen, die elk zijn eigen kern en een baan rond elektronen hebben. In het eenvoudigste model hebben we twee hoofdtypen ladingsdragers:

1. Gratis elektronen: Dit zijn elektronen die voldoende energie hebben gewonnen om te breken van hun ouderatomen en rond het materiaal te dwalen. Ze kunnen gemakkelijk bewegen en bijdragen aan elektrische stroom wanneer een elektrisch veld wordt toegepast.

2. Gaten: Dit zijn geen werkelijke deeltjes, maar eerder de afwezigheid van een elektron in de valentieband van het atoom. Stel je een gat voor als een lege plek waar een elektron * zou moeten zijn. Wanneer een elektron van het ene atoom naar het andere springt en de oorspronkelijke locatie verlaat, wordt een gat gemaakt. Dit gat fungeert als een positieve ladingsdrager omdat het nabijgelegen elektronen aantrekt.

Hier is een vereenvoudigd diagram:

`` `

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

| SI | | SI | | SI |

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

| | | | | |

| | | | | |

| | | | | |

E- | | E- | | E- | | e-

| | | | | |

| | | | | |

| | | | | |

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

Gat | | Gat | | Gat

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

`` `

* gratis elektronen (e-) worden weergegeven als kleine blauwe stippen die willekeurig in het materiaal bewegen.

* gaten worden weergegeven als lege ruimtes in de structuur van het atoom.

Laten we nu eens kijken naar een elektrisch veld:

Stel je voor dat je een spanning over de halfgeleider aanbrengt, waardoor een elektrisch veld ontstaat. Dit veld duwt vrije elektronen in één richting en trekt gaten in de tegenovergestelde richting. Deze beweging van zowel vrije elektronen als gaten vormt elektrische stroom .

Hier is hoe het werkt:

* gratis elektronen: Het elektrische veld dwingt hen om in de tegenovergestelde richting van het veld te drijven.

* gaten: Hoewel gaten zelf niet fysiek bewegen, worden ze gevuld door nabijgelegen elektronen die erin springen. Dit creëert een "kettingreactie" van elektronensprongen, waardoor het lijkt alsof de gaten zelf in de richting van het elektrische veld bewegen.

In wezen dragen zowel vrije elektronen als gaten bij aan de stroom van stroom door ladingen te dragen in tegengestelde richtingen onder invloed van een elektrisch veld.

Sleutelpunten:

* Gratis elektronen en gaten zijn ladingsdragers in halfgeleiders.

* Vrije elektronen bewegen vrij, terwijl gaten de afwezigheid van elektronen zijn.

* Beide dragen bij aan de stroom door in tegengestelde richtingen onder een elektrisch veld te bewegen.

Dit vereenvoudigde model biedt een basiskennis van hoe vrije elektronen en gaten bijdragen aan elektrische stroom in halfgeleiders. Het werkelijke mechanisme is complexer en omvat kwantummechanica, maar deze illustratie geeft een goed startpunt.