Hole – Ruwiki: Internetová encyklopedie

Otvor – kvazičástice, proudový nosič s kladným nábojem rovným elementárnímu náboji v polovodičích a kovech.

Pojem díry je zaveden v teorii pásem k popisu elektronických jevů ve valenčním pásmu, který není zcela vyplněn elektrony. V elektronovém spektru valenčního pásma se často objevuje několik zón, které se liší efektivní hmotností a energetickou polohou (zóny lehkých a těžkých děr, zóna dělených děr spin-orbity).

Pro vytvoření děr v polovodičích jsou krystaly dopovány akceptorovými nečistotami. Kromě toho se díry mohou objevit i v důsledku vnějších vlivů: tepelné vybuzení elektronů z valenčního pásu do pásu vodivosti, osvětlení světlem.

V případě Coulombovy interakce díry s elektronem z vodivého pásu vzniká vázaný stav nazývaný exciton.

Wikimedia Foundation. 2010.

• The Overcoat (film, 1959)
• Přetečení zásobníku

Podívejte se, co je „Díra (kvazičástice)“ v jiných slovnících:

• OTVOR – kvantový stav neobsazený elektronem v energii. TV zóna těla. Pohyb elektronů v téměř naplněné energii. zóna pod vlivem vnějších elektrický pole jsou ekvivalentní pohybu D. který vznikl na vrcholu. okraje zóny, přiřadíme-li D. kladné. náboj. . Fyzická encyklopedie
• Díra (jednoznačné označení) — Díra je kvazičástice. Počítací jamka je druh dvojice množin (v matematice). Viz také Hole . Wikipedie
• Otvor — Tento výraz má jiné významy, viz Díra (významy). Je nutné zkontrolovat kvalitu překladu a uvést článek do souladu se stylistickými pravidly Wikipedie. Můžete pomoci. Wikipedie
• KVAZI-ČÁSTICE – (elementární buzení) základní koncept kvantové teorie mnoha těles, jehož úvod fyziku radikálně zjednodušuje. obrázek a metody pro popis široké škály procesů v systémech mnoha částic se silnou interakcí, včetně . Fyzikální encyklopedie
• kvazičástice – exciton, fonon, fermion, magnon, polaron, bogolon Slovník ruských synonym. kvazičásticové podstatné jméno, počet synonym: 12 • bogolon (1) • . Slovník synonym
• otvor – podstatné jméno • díra • díra v oblečení, botách, která nehraje funkční roli) Slovník ruských synonym. Kontext 5.0 Informatika. 2012. podstatné jméno díra, počet synonym: 19 • . Slovník synonym
• otvor — vodivost; díra Energetický stav neobsazený elektronem ve valenčním pásmu. Kvazičástice s nábojem a spinem elektronu, která se objeví, když se uvolní obsazený stav degenerovaného Fermiho rozdělení elektronů . Polytechnický terminologický výkladový slovník
• otvor – A; pl. rod. rock, rande rkam; a. 1. = Díra (1 2 číslice). Otvory ve zdech. V zadním zubu d. Opravte díru. Na punčoše je obrovské číslo 2. Průchozí otvor pro uchycení něčeho. Otvory v opasku. D. pro šroub. Vyvrtejte, vyvrtejte díru. 3. Odemkněte O kulce . Encyklopedický slovník
• Kvazičástice – kvantum kolektivní vibrace nebo perturbace mnohočásticového systému, které má určitou energii a zpravidla hybnost (například fonon). Mezi kvazičásticemi a běžnými elementárními částicemi existuje řada podobností a rozdílů. V mnoha . Wikipedia
• Otvor (nosič náboje) — Díra je kvazičástice, nosič proudu s kladným nábojem rovným elementárnímu náboji v polovodičích a kovech. Pojem díry je zaveden v teorii pásem k popisu elektronických jevů ve valenčním pásmu, který není zcela vyplněn elektrony. . Wikipedia

Otvor — kvazičástice, nositel kladného náboje rovného elementárnímu náboji, v polovodičích. Myšlenka kvazičástice s kladným nábojem a kladnou efektivní hmotností není nic jiného než terminologická náhrada představy reálné částice se záporným nábojem a zápornou efektivní hmotností [K 1].

Definice pojmu „díra“ podle GOST 22622-77: „Nevyplněná valenční vazba, která se projevuje jako kladný náboj číselně rovný náboji elektronu“ [1].

Pojem díry je zaveden v pásové teorii pevných látek k popisu elektronických jevů ve valenčním pásmu, který není zcela vyplněn elektrony.

V elektronovém spektru valenčního pásu často vzniká několik pásů, které se liší velikostí efektivní hmotnosti a energetickou polohou (energetické pásy lehkých a těžkých děr, pás spin-orbit odštěpených děr).

Díry ve fyzice pevných látek [ upravit | upravit kód]

Ve fyzice pevných látek je díra nepřítomnost elektronu v téměř úplně vyplněném valenčním pásmu. V jistém smyslu je chování díry v polovodiči podobné chování bubliny v plné láhvi s vodou [2].

Pro vytvoření znatelné koncentrace děr v polovodičích se používá dotování polovodiče akceptorovými nečistotami.

Kromě toho mohou ve vlastním (nedopovaném) polovodiči vzniknout díry v důsledku excitace elektronů a jejich přechodu z valenčního pásma do vodivostního v důsledku vnějších vlivů: zahřátí, osvětlení světlem s dostatečnou (přesahující šířku zakázaného pásma) energií fotonu, nebo ozářením polovodiče ionizujícím zářením.

V případě Coulombovy interakce může díra s elektronem z vodivostního pásu vytvořit vázaný stav, kvazičástici nazývanou exciton.

Zjednodušená analogie s dírou [ upravit | upravit kód]

Další zjednodušený model pohybu díry ve hře “15”. Pohybující se dlaždice (elektronový model) způsobí pohyb prázdného prostoru (model díry).

Vodivost otvoru lze vysvětlit pomocí následující analogie: v hledišti je řada židlí s lidmi sedícími a všechny židle v řadě jsou zaplněné. Pokud chce někdo odněkud ze středu řady odejít, přeleze přes opěradlo židle do další řady volných židlí a odejde. Zde je prázdný řádek analogem vodivé zóny a odcházející osobu lze přirovnat k volnému elektronu. Představme si, že přišel někdo jiný a chce si sednout. Prázdná řada má špatný výhled na jeviště, takže tam nesedí. Nemůže však zaujmout volné místo v celé řadě, protože je umístěno daleko uvnitř řady. Za účelem usazení nového diváka se k němu přesune osoba sedící vedle prázdné židle, další osoba ze židle vedle prázdné se přesune na volné místo a všichni sousedé s prázdným místem to zopakují. Zdá se tedy, že se prázdný prostor pohybuje směrem k okraji řady. Až bude toto prázdné místo vedle nového diváka, bude si moci sednout.

V tomto procesu se všichni sedící pohnuli. Pokud by diváci měli záporný náboj, takový pohyb by se dal přirovnat k elektrické vodivosti. Pokud v tomto modelu navíc předpokládáme, že židle jsou nabity kladně a lidé záporně a jejich náboje jsou stejné velikosti, pak pouze prázdný prostor bude mít nenulový celkový náboj. Toto je hrubý model pro vysvětlení vodivosti otvoru.

Ve skutečnosti však díky vlnové povaze elektronu a vlastnostem krystalové mřížky není díra lokalizována na konkrétním místě, jak je popsáno výše, ale je „rozmazaná“ přes část krystalu o velikosti mnoha stovek velikostí elementární buňky krystalu.

Podrobnější popis [ upravit | upravit kód]

Polovodičová struktura elektronových pásem (vpravo) ukazuje disperzní vztah v každém pásmu, tj. energii elektronů E jako funkce vektoru elektronové vlny k. “Nevyplněná zóna” je vodivá zóna s nárůstem k jeho dno se ohýbá nahoru a vykazuje pozitivní efektivní hmotnost. “Naplněný pás” je valenční pás, s rostoucím k jeho horní část je zakřivena dolů, což ukazuje na zápornou efektivní hmotnost.

Daný model díry jako pohybu osob v hledišti je značně zjednodušený a nedokáže vysvětlit, proč se díry v pevné látce chovají jako kladně nabité částice s nějakou hmotností, což se na makroskopické úrovni projevuje Hallovým jevem a Seebeckovým jevem. Přesnější a podrobnější vysvětlení z kvantově mechanického hlediska je uvedeno níže [3].

Kvantově-mechanická analýza elektronů v pevných látkách

V kvantové mechanice lze elektrony považovat za de Broglieho vlny a energii elektronu lze považovat za frekvenci těchto vln.

Lokalizovaný elektron je vlnový balíček a pohyb elektronu jako samostatné částice je určen vzorcem pro skupinovou rychlost vlnového balíčku.

Aplikované elektrické pole působí na elektron, posouvá všechny vlnové vektory ve vlnovém balíčku a elektron se zrychluje, jak se mění skupinová rychlost jeho vlny. Disperzní vztah určuje, jak elektrony reagují na síly (s využitím konceptu efektivní hmotnosti). Disperzní vztah je výraz pro vztah mezi vlnovým vektorem (příp k– vektor, jehož modul se nazývá vlnové číslo) a energie elektronu v některé z povolených zón. Reakce elektronu na vnější působící sílu je tedy zcela určena jeho disperzním vztahem. Volný elektron má disperzní vztah E = ℏ 2 k 2 / 2 mk^/2m> , kde m je hmotnost elektronu v klidu ve vakuu, ℏ je redukovaná Planckova konstanta.

V blízkosti spodní části vodivostního pásma polovodiče zahrnuje disperzní vztah E = E c + ℏ 2 k 2 / 2 me ∗ + hbar ^k^/2m_^> efektivní hmotnost elektronu me ∗ , proto elektron s energií blízko spodní části vodivého pásma reaguje na externě působící sílu jako obyčejná částice s kladnou efektivní hmotností – s nárůstem vlnového čísla se energie zvyšuje, což je na grafu vyjádřeno jako ohyb spodní části vodivého pásu směrem nahoru; E c > označuje energii dna (spodního okraje) zóny.

Elektrony s energiemi v blízkosti vrcholu („stropu“) valenčního pásu E v > se chovají, jako by měly zápornou hmotnost, když na ně působila síla, protože energie klesá s rostoucím vlnovým číslem. V tomto případě, v nejjednodušším případě, je disperzní relace zapsána jako

Symbol mh ∗ ^> označuje efektivní hmotnost díry. Aby se předešlo použití záporných hmotností, do vztahu E(k) se dosadí znaménko mínus.

Větve E ( k → ) >)> ve valenčním pásmu polovodiče odpovídají různým efektivním hmotnostem díry.

Elektrony v horní energetické části valenčního pásma se tedy pohybují proti směru síly a tento pohyb není určen tím, zda je pás zaplněn či ne, ale pouze závislostí energie E ( k ) na vlnovém čísle – s rostoucím vlnovým číslem energie klesá, což je vyjádřeno na grafu v sestupném ohybu vrcholu valenčního pásma. Pokud by bylo fyzikálně možné odstranit všechny elektrony z valenčního pásma a umístit tam pouze jeden elektron s energií blízkou maximu valenčního pásma, pak by se tento elektron pohyboval opačně, než je směr vnější síly.

Závislost E(k) může mít složitější tvar než parabolický a může být i nejednoznačná. U mnoha materiálů existují dvě větve energetického spektra valenčního pásma se společným maximem, které odpovídají dvěma různým efektivním hmotnostem mhh ∗ ^> a mlh ∗ ^> . Díry, které zabírají státy s větší hmotností, se nazývají s těžkými díramia s menší hmotností – se snadnými otvory (označení hh, lh – z anglického heavy hole, light hole). Těsně pod ním také obvykle leží větev. díry se odštěpí v důsledku interakce spin-orbita, s jeho efektivní hmotností msoh ∗ ^> (soh — anglicky split-off hole). Jmenované větve zobrazené na obrázku nejsou vždy na výkresech aplikovány v plném rozsahu, a proto je přítomnost několika „typů“ otvorů někdy vnímána jako nepochopitelný fakt.

Vodivost ve valenčním pásmu

Valenční pás zcela vyplněný elektrony se nepodílí na elektrické vodivosti polovodiče.

Jedním z možných vysvětlení tohoto jevu je, že elektronové stavy blízko vrcholu valenčního pásma mají negativní efektivní hmotnost, zatímco elektronové stavy hluboko ve valenčním pásmu mají pozitivní efektivní hmotnost. Při působení vnější síly, způsobené např. elektrickým polem na elektrony valenčního pásma, vznikají dva stejné a opačně usměrněné proudy, které se vzájemně kompenzují a celková hustota proudu je v důsledku toho nulová, to znamená, že materiál se chová jako izolant.

Pokud je jeden elektron odstraněn z valenčního pásu zcela naplněného elektronovými stavy, naruší se proudová rovnováha. Při aplikaci pole je pohyb elektronů se zápornou efektivní hmotností pohybujících se v opačném směru (vzhledem k elektronům s kladnou efektivní hmotností) ekvivalentní pohybu kladného náboje s kladnou efektivní hmotností ve stejném směru.

Otvor v horní části valenčního pásma se bude pohybovat stejným směrem jako elektron v horní části valenčního pásma, a proto zde analogie s hledištěm není vhodná, protože prázdná židle se v tomto modelu pohybuje proti směru pohybu osob a má “nulovou hmotnost”, ale v případě elektronů ve valenčním pásmu dochází k pohybu elektronů v prostoru vlnových vektorů a ne ve všech vlnových prostorech a působících vektorech v prostoru vektoru elektronů bližší je analogie se vzduchovou bublinou v proudu vody, která se pohybuje s proudem, nikoli proti proudu.

Protože F = ma, kde F je síla a a je zrychlení, bude se elektron se zápornou efektivní hmotností nad valenčním pásmem pohybovat v opačném směru jako elektron s kladnou efektivní hmotností pod pásmem vodivosti, když je vystaven elektrickým a magnetickým silám.

Na základě výše uvedeného lze díru považovat za kvazičástici, která se v elektrických a magnetických polích chová jako reálná částice s kladným nábojem a hmotností. Je to dáno tím, že částice se záporným nábojem a hmotností se v těchto polích chová stejně jako částice s kladným nábojem a hmotností. Proto lze v posuzovaném případě díry považovat za obyčejné kladně nabité kvazičástice, což je pozorováno např. při experimentálním stanovení nábojového znaménka nosičů náboje při Hallově jevu.

Koncept děr v kvantové chemii [ editovat | upravit kód]

Termín “díra” se také používá ve výpočetní chemii, kde je základní stav molekuly interpretován jako vakuový stav – konvenčně se předpokládá, že v tomto stavu nejsou žádné elektrony. V takovém modelu se nepřítomnost elektronu v povoleném stavu nazývá „díra“ a je považována za druh částice. A přítomnost elektronu v normálně prázdném prostoru se jednoduše nazývá „elektron“. Tato terminologie je téměř totožná s terminologií používanou ve fyzice pevných látek.

Komentáře [ upravit | upravit kód]

1. ↑ Psychologicky je pro lidi snazší s tímto konceptem pracovat kvazičástice, spíše než si zvyknout na frázi negativní hmotnost, i když je to jediná věc, která spojuje hmotnost jako fyzikální veličinu, která určuje setrvačné a gravitační vlastnosti těles, s fyzikální veličinou tzv. efektivní hmotnost elektronu v krystalu, je rozměr a použití slova масса ve jménu termínu.

Poznámky [upravit | upravit kód]

1. ↑ GOST 22622-77. Polovodičové materiály. Termíny a definice základních elektrofyzikálních parametrů Archivováno 7. listopadu 2019 na Wayback Machine.
2. ↑Weller, Paul F.Analogie pro koncepty elementární teorie pásů v pevných látkách(angl.) // J. Chem. Educ: deník. — 1967. — Sv. 44, č. 7. — S. 391 . — doi:10.1021/ed044p391.
3. ↑halena. Úvod do fyziky pevných látek, 8. vydání, str. 194-196.