• 載流子

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    載流子

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    在物理學中,電荷載體是可以自由移動、攜帶電荷的粒子或準粒子,特別是在電導體中攜帶電荷的粒子。 例如電子離子空穴。 該術語在固態物理學中最常用。 在導電介質中,電場可以對這些自由粒子施加力,導致粒子在介質中進行凈運動; 這就是構成電流的原因。 在導電介質中,粒子用于攜帶電荷:

    • 在許多金屬中,電荷載流子是電子。 每個原子的一個或兩個價電子能夠在金屬的晶體結構中自由移動。 自由電子稱為傳導電子,自由電子云稱為費米氣體。 許多金屬具有電子和空穴帶。 在某些情況下,多數載流子是空洞。
    • 電解質(例如鹽水)中,電荷載體是離子,它們是獲得或失去電子的原子或分子,因此它們帶電。 獲得電子而帶負電的原子稱為陰離子,失去電子而帶正電的原子稱為陽離子。 離解液體的陽離子和陰離子也充當熔融離子固體中的電荷載體(例如,參見 Hall-Héroult 過程,以了解熔融離子固體的電解示例)。 質子導體是以正離子為載體的電解導體。
    • 等離子體中,一種帶電氣體,存在于穿過空氣、霓虹、太陽和星星的電弧中,電離氣體的電子和陽離子充當電荷載體。
    • 在真空中,自由電子可以充當電荷載體。 在稱為真空管(也稱為閥門)的電子元件中,移動電子云是由加熱的金屬陰極通過稱為熱電子發射的過程產生的。 當施加足夠強的電場以將電子吸引到束中時,這可能被稱為陰極射線,并且是直到 2000 年代廣泛用于電視計算機顯示器陰極射線管顯示器的基礎。</li >
    • 在用于制造晶體管和集成電路等電子元件的材料半導體中,可能存在兩種類型的電荷載流子。 在 p 型半導體中,帶正電荷的稱為電子空穴的有效粒子穿過晶格,產生電流。 實際上,空穴是半導體價帶電子群中的電子空位,并且被視為電荷載流子,因為它們是可移動的,從一個原子位置移動到另一個原子位置。 在 n 型半導體中,導帶中的電子穿過晶體,產生電流。

    在某些導體中,例如離子溶液和等離子體,正電荷載流子和負電荷載流子共存,因此在這些情況下,電流由兩種沿相反方向移動的載流子組成。 在其他導體中,例如金屬,只有一種極性的載流子,因此它們中的電流僅由沿一個方向移動的載流子組成。

    半導體

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    半導體中有兩種公認的載流子類型。 一種是電子,它帶有負電荷。 此外,將價帶電子群(空穴)中的移動空位視為第二類電荷載流子是很方便的,它攜帶與電子大小相等的正電荷。

    載流子的產生和重組

    當一個電子遇到一個空穴時,它們會重新結合,這些自由載流子會有效地消失。 釋放的能量可以是熱能,加熱半導體(熱復合,半導體廢熱的來源之一),也可以是光子釋放的能量(光學復合,用于 LED半導體激光器)。 復合是指從價帶激發到導帶的電子回落到價帶中的空態,稱為空穴。 空穴是電子在獲得一些能量通過能隙后被激發時在價帶中產生的空態。

    載流子

    多數和少數攜帶者

    更豐富的電荷載流子稱為多數載流子,主要負責一塊半導體中的電流傳輸。 在 n 型半導體中它們是電子,而在 p 型半導體中它們是空穴。 數量較少的載流子稱為少數載流子; 在 n 型半導體中它們是空穴,而在 p 型半導體中它們是電子。

    在不含任何雜質的本征半導體中,兩種載流子的濃度在理想情況下是相等的。 如果本征半導體摻雜有施主雜質,則多數載流子。

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    詞條目錄
    1. 載流子
    2. 半導體
    3. 載流子的產生和重組
    4. 多數和少數攜帶者

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