Εξηγήστε με τη βοήθεια του διαγράμματος πώς τα ελεύθερα ηλεκτρόνια και η οπή συμβάλλουν στο ηλεκτρικό ρεύμα;
Πώς τα ελεύθερα ηλεκτρόνια και τρύπες συμβάλλουν στο ηλεκτρικό ρεύμα
Φανταστείτε ένα κομμάτι υλικού ημιαγωγών, όπως το πυρίτιο. Είναι γεμάτο με άτομα, το καθένα που έχει το δικό του πυρήνα και τα ηλεκτρόνια. Στο απλούστερο μοντέλο, έχουμε δύο κύριους τύπους φορέων φορτίου:
1. Δωρεάν ηλεκτρόνια: Αυτά είναι ηλεκτρόνια που έχουν κερδίσει αρκετή ενέργεια για να ξεφύγουν από τα γονικά τους άτομα και να περιπλανηθούν γύρω από το υλικό. Μπορούν εύκολα να μετακινηθούν και να συμβάλουν στο ηλεκτρικό ρεύμα όταν εφαρμόζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο.
2. Τρύπες: Αυτά δεν είναι πραγματικά σωματίδια αλλά μάλλον η απουσία ηλεκτρονίου στη ζώνη σθένους του ατόμου. Φανταστείτε μια τρύπα ως κενό σημείο όπου πρέπει να είναι ένα ηλεκτρόνιο *. Όταν ένα ηλεκτρόνιο πηδάει από το ένα άτομο στο άλλο, αφήνοντας την αρχική του θέση, δημιουργείται μια τρύπα. Αυτή η τρύπα λειτουργεί ως θετικός φορέας φορτίου επειδή προσελκύει κοντινά ηλεκτρόνια.
Εδώ είναι ένα απλοποιημένο διάγραμμα:
`` `
+-----++-----++-----+
| Si | | Si | | Si |
+-----++-----++-----+
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
e- | | e- | | e- | | μι-
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
+-----++-----++-----+
Τρύπα | | Τρύπα | | Τρύπα
+-----++-----++-----+
`` `
* Ελεύθερα ηλεκτρόνια (E-) εμφανίζονται ως μικρές μπλε κουκκίδες που κινούνται τυχαία μέσα στο υλικό.
* τρύπες αντιπροσωπεύονται ως άδειοι χώροι στη δομή του ατόμου.
Τώρα, ας εξετάσουμε ένα ηλεκτρικό πεδίο:
Φανταστείτε να εφαρμόσετε μια τάση σε όλο τον ημιαγωγό, δημιουργώντας ένα ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό το πεδίο θα ωθήσει τα ελεύθερα ηλεκτρόνια προς μία κατεύθυνση και θα τραβήξει τρύπες προς την αντίθετη κατεύθυνση. Αυτή η κίνηση και των δύο ελεύθερων ηλεκτρονίων και οπών αποτελεί ηλεκτρικό ρεύμα .
Εδώ λειτουργεί:
* Δωρεάν ηλεκτρόνια: Το ηλεκτρικό πεδίο τους αναγκάζει να παρασυρθούν προς την αντίθετη κατεύθυνση προς το πεδίο.
* τρύπες: Ενώ οι ίδιες οι τρύπες δεν κινούνται φυσικά, γεμίζουν από τα κοντινά ηλεκτρόνια που πηδούν σε αυτά. Αυτό δημιουργεί μια "αλυσιδωτή αντίδραση" των άλματα ηλεκτρονίων, κάνοντάς το να φαίνεται σαν οι ίδιες οι τρύπες να κινούνται προς την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου.
Στην ουσία, τόσο τα ελεύθερα ηλεκτρόνια όσο και οι οπές συμβάλλουν στη ροή του ρεύματος με τη μεταφορά φορτίων σε αντίθετες κατευθύνσεις υπό την επήρεια ενός ηλεκτρικού πεδίου.
Βασικά σημεία:
* Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια και οι οπές είναι φορείς φόρτισης σε ημιαγωγούς.
* Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια κινούνται ελεύθερα, ενώ οι τρύπες είναι η απουσία ηλεκτρονίων.
* Και οι δύο συμβάλλουν στη ροή ρεύματος μετακινώντας σε αντίθετες κατευθύνσεις κάτω από ένα ηλεκτρικό πεδίο.
Αυτό το απλοποιημένο μοντέλο παρέχει μια βασική κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα ελεύθερα ηλεκτρόνια και οπές συμβάλλουν στο ηλεκτρικό ρεύμα σε ημιαγωγούς. Ο πραγματικός μηχανισμός είναι πιο περίπλοκος και περιλαμβάνει κβαντική μηχανική, αλλά αυτή η απεικόνιση δίνει ένα καλό σημείο εκκίνησης.
