当我从电子移动的角度来理解空穴后,再让我把空穴想象成一个正电荷,有点难度了~
空穴的移动,从底层来讲,是邻近的共价键中的电子,脱离原来的共价键,去填补空位,而在原来的共价键中又留下一个新空位的过程。如下图所示。所以,空穴的移动,如果从顶层看的话,是移动完后,在原来的位置留下了一个电子。但是如果真的把空穴当成一个和电子一样的电荷,只不过带的是正电的话,也许就会想着,那空穴移走了,就是移走了,不应该留下什么东西。当一块材料,在不同的地方给予不同的掺杂,比如一边是p型掺杂,一边是n型掺杂,那就会形成PN结。当外界没有施加电压,且温度从0K开始往上升时,会有扩散现象,就如书中所讲,空穴朝n型半导体移动,电子朝p型半导体移动[1]。扩散现象,是由于电子的热运动;电子的热运动是随机无方向的,但是因为有浓度的差异,所以呈现出了从高浓度到低浓度的扩散。尽管单个电子的热运动是随机无方向的,但是因为p型半导体中的自由电子浓度少于n型半导体中的自由电子。也就是说,就算p型半导体中的自由电子会运动到n型半导体处, n型半导体中的自由电子会运动到p型半导体处,但是由于浓度的差异,所以从表面上看到的就是,自由电子从n型半导体向p型半导体处移动。然后,在n区剩下不能移动的正离子,在p区剩下不能移动的负离子。n区的自由电子,如果移到p区,和p区的空穴结合,那倒结果和上面描述的一样,n区形成了正离子,p区形成了负离子。但是,如果这样理解的话,就没有空穴的移动了。因为大部分来自n区的电子,是来自于N型掺杂,本来就不在共价键里面,移动过去后,并不会在共价键中留下空穴。我也把这个问题,抛给deepseek了,看了它的回答,好像并没有解除疑虑。n型半导体中的供体中的电子,想变成自由电子,所需的能量不高,就如[2]中的计算,大概是0.1eV。p型半导体中空穴的移动,也就是说共价键中的电子填补旁边的空穴所需的能量也不高。问了一下deepseek,说是几十meV。所以,对于n型半导体中那些电子,比如,共价键之外的额外的电子,如下图左侧,又比如,在共价键中的电子,如下图右侧。前者容易成为自由电子,后者容易去填补空穴,两种行为,所需能量都不多,都比较容易发生。如果这样想的话,前者移动,那就是朝p区移动的电子;后者移动,那就是朝n区移动的空穴。如此一来,我倒是自洽了,就是不知道,这样想对不对??
[1] Donald A. Neamen, Semiconductor Physics and Devices
[2] Ali Hajimiri, Analog