p-n Переход (электронно-дырочный переход)

[Kotische]

Не телепортацией как то перемещаеться, а физически прям
...
Соответсвенно дырки вообще двигаться не будут, так как электрны разрывают связи там где попал Квант Света.
Так ????

Нет, не так!

Ещё раз объясняю, что без осознания "телепортации" (тунеллирования) понять как движутся дырки невозможно, потому что они движутся именно за счёт телепортации (тунеллирования) электронов.

На самом деле "свободные" электроны тоже нифига не свободные!
Они тоже движутся тунеллированием, просто это несколько менее очевидно.

Правильно так:
есть атомы, у атомов есть электроны, за счет квантования электроны могут обладать не произвольной энергией, а только набором определенных значений энергии (постулат Бора),
за счет тесного взаимодействия атомов энергетические уровни превращаются в энергетические зоны.
Т.е. любой электрон впринципе может обладать энергией из разрешенной зоны, что характеризует его электрона энергию.
Но обладать энергией из запрещенной зоны электрон просто не может потому что это просто запрещено.

В зоне проводимости находятся НЕ СВОБОДНЫЕ ЭЛЕКТРОНЫ, свободный электронов в киристалле нет и быть не может,
там находятся электроны энергия которых соответствует зоне проводимости.
Поскольку перемещаться между атомами электроны могут ТОЛЬКО тунелированием, независимо от того в какой зоне они находятся, а запрет Паули запрещает существование двух электронов в одинаковом квантовом состоянии,
для тунелирования необходимо чтобы НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ДИАГРАМЕ, ТАМ КУДА ТУНЕЛИРУЕТСЯ ЭЛЕКТРОН БЫЛО СВОБОДНОЕ МЕСТО.

"Свободный" электрон движется так:
Поскольку концентрация электронов в зоне проводимости низкая, там всегда наёдется свободное место куда прыгнуть!

В валентной зоне электроны перемещаться не могут, потому что у всех соседей все места заняты, и электрону обладающему энергией соответствующей валентной зоне просто НЕКУДА приземлиться.

Дырка же - это свободное место (в энергитическом смысле), куда может тунелировать любой электрон с подходящей энергией (находящийся в валентной зоне), соответственно дырка движется так, электрон с валентной связи (из валентной зоны) тунелирует в находящееся по близости свободное место (дырку), при этом там откуда он "сдернул" образуется свободное место - "дырка".

Yaotzin, ты почему молчишь?!
Мне одному что ли "нести свет (электричества) в массы"?!
Сам разобрался - объясни другим!

[Lander]

Здравствуйте,

Оо писание просто класс !

1)Но почему электрон, который находиться в зоне проводимости не Свободный? Хотя бы на время. когда его энрегия соответсвует зоне проводимочти, он же своюоден ? Можно же хоть весьма и весть ма упрощено, но провести аналогию с со спутником и силой тягтения (??)

2)Находясь в зоне проводимости - такой Электрон разве не подобен Электрону металла ??

3)Разве в зоне проводимости дейсвует закон Паули или постулаты Бора ?? В зоне проводимости может находиться сколь угодно много Элеконов с одинаковыми спинами ведь так ?? Зачем тогда Таким электронам пермещаться с помощью тунельной телепортации ???

4)По какой причине - электрон находящийся на валентном уровне, может телепортироваться на свобдное место у сосденего атома, у кототого отсутсвует (разорвана коваленая связь) электрон в ковалентной связи ?? Почему Атом его отпускает телепортироваться на другое место ??

[yaotzin]

Kotische Потому что мне в голове еще телепортации не хватало итак ели понял как оно работает а ты про телепортации заговорил =]

Lander Где-то в памяти помнится что свободная зона и есть зона проводимости =]
насколько помню электрон летит себе в свободной зоне, и поскольку там все 3х мерно то он может натыкаться на атомы и он таки натыкается иногда.

Свободная зона это прослойка между двумя соседними атомами где электрон может лететь, ну если он там скачками двигается(телепортируется) то пускай себе так и дальше двигается какая нам от этого разница, от этого ничего не изменится.

Выходит электроны движутся по самым дальнем орбитам различных атомов, - скачками ? Это как Бор предложил и кто то привел пример дома с зажигающими свет в квартирах.
Ну поскольку ты написал телепортация, я себе представил два различных дома у которого с одного дома электрон с того же этажа перепрыгнул на соседний дом на тот же этаж, (возможно на 1 выше или на 1 ниже) а поскольку на тех верхних этажах нет электронов - он себе спокойно движется.

Это мои предположения, а если честно читать нужно и вспоминать, оно для понимания п-н перехода не нужно впринципе.


Ну дырка мне тоже так же представляется - два дома в одном доме на 5м этаже(ниже зоны проводимости) свет потушен, электрон с соседнего дома перепрыгнул в ту дырку(погашенное окно 5го этажа) - ну от куда он выпрыгнул там свет погас. А в основном 1й-5й этаж в P материале занят электронами, очень редко где нет электрона.



Kotische кто такие "квантования" ?

[yaotzin]

интересно как они сталкиваются, если они телеполртируются

[Kotische]

to Lander
>>почему электрон, который находиться в зоне проводимости не Свободный?
Потому что в кристалле нет СВОБОДНЫХ электронов.
Свободные электроны могут быть только в вакууме, в отсутствии электромагнитных полей.
В кристаллах (полупроводники, металлы) есть электроны проводимости, которые могут перемещаться по кристаллу, и из за этого ОШИБОЧНО называемые свободными.

>>Можно же хоть весьма и весть ма упрощено, но провести аналогию с со спутником и силой тяготения (??)
Да можно.
Свободный электрон - это тот который бесконечно далеко, или летит со скоростью превышающей вторую космическую.
Электрон проводимости - это тот который находится на чуть более высокой орбите, но не на свободе.

>>Находясь в зоне проводимости - такой Электрон разве не подобен Электрону металла ??
Да, подобен.

>>Разве в зоне проводимости действует закон Паули или постулаты Бора ??
Электронный газ - квантовый объект.
Электроны - фермионы, независимо от того в какой зоне они находятся,
и подчиняются запрету Паули.
Энергитические зоны в полупроводнике - суть Боровские орбиты, ставшие толстыми из за межатомного взаимодействия.
А толстые они как раз для того что бы выполнялся запрет Паули, что бы в пределах кристалла небыло двух электронов с одинаковыми квантовыми числами.

>>Зачем тогда Таким электронам перемещаться с помощью туннельной телепортации ???
Потому что по другому они перемещаться не могут,
если только они не инжектированы в кристалл ускорителем (горячие электроны).
Но такие электроны ОЧЕНЬ быстро теряют энергию и становятся обычными.
Обчные (холодные/равновесные) электроны сидят в потенциальных ямах, каждый около своего атома,
и единственный для них способ двигаться - прыгать из ямы в яму посредством туннелирования.

>>По какой причине - электрон находящийся на валентном уровне, может телепортироваться на свободное место у соседнего атома, у которого отсутствует (разорвана ковалентная связь) электрон в ковалентной связи ?? Почему Атом его отпускает телепортироваться на другое место ??
Потому что электрон - волна!
Если по соседству есть место куда можно приземлиться, и энергетический потенциал места отправления равен энергетическому потенциалу места приземления то существует отличная от нуля вероятность, что туннелирование произойдет.
Причем это тунелирование происходит БЕЗ ЗАТРАТ ЭНЕРГИИ!!!
Если энергетический потенциал места отправления НЕ рвавен энергетическому потенциалу места приземления то такая телепортация сопряжена с поглощением/выделением энергии.
Если взять энергию неоткуда, то такая телепортация невозможна!

to yaotzin
>>интересно как они сталкиваются, если они телепортируются
Не сталкиваются, а рассеиваются, причем ТОЛЬКО на дефектах кристаллической решетки!

[Lander]

Здравствуйте,

Kotische спасибо!! Пока размышляю над Вашими ответами

А пока интересный вопрос, который задал yaotzin. Ведь правда почему тогда нагреваеться кусок провода при "прохождении" элекрического тока по нему ? Ведь электроны телепортируються от атома к атому, тогда откуда нагрев происходит ?

[Gudd-Head]

почему тогда нагреваеться кусок провода при "прохождении" элекрического тока по нему ? Ведь электроны телепортируються от атома к атому, тогда откуда нагрев происходит ?

При отличной от абс. нуля температуре атомы металла хаотично двигаются в узлах кристаллической решётки. При приложении внешнего эл. поля электроны начинают двигаться от "-" к "+", сталкиваясь с атомами, что в конечном итоге вызывает падение напряжения dU, а при протекании тока I, соответственно, выделяется тепло dP = U×dI, которое разогревает провода, увеличивая их сопротивления и, как следствие, уменьшая протекающий ток. Поэтому сопротивление металлов прямо пропорционально их температуре.
При температурах, близких к абсолютному нулю, в металлах возникает эффект сверхпроводимости.

[Lander]

Спасибо! Но из за чего происходит выделение энергии ??

[Gudd-Head]

Спасибо! Но из за чего происходит выделение энергии ??

Электрон при столкновении теряет свою кинетическую энергию.

[Lander]

Да это было бы весьма понятно, но электрон не может сталкиватся как я понял, он телепортируется.

[Kotische]

Квантовая механика не очень очевидная штука.

из за чего происходит выделение энергии ??

Электрон при столкновении теряет свою кинетическую энергию.

Не совсем так.

Электрон обладает энергией и как следствие импульсом.
При тунеллировании квантовое состояние (энергия) электрона остается неизменным.
Т.е. если электрон тунеллирует между двумя идентичными атомами, он сохраняет свой импульс (направление и скорость).
Поэтому в идеальном кристалле электрон должен двигаться равномерно и прямолинейно (без рассеяния).

Дефекты кристаллической решетки создают изменение глубины энергетической потенциальной ямы для электрона.
При "столкновении" электрона с дефектом кристаллической решетки происходит искажение импульса электрона, т.е. меняется его импульс, по величине и направлению, т.е. электрон рассеивается.
Как следствие, у потока электронов появляется хаотическая компонента, которая и определяет температуру электронного газа.
Поскольку электронный газ находится в тепловом равновесии в кристаллической решеткой, он отдает избыток тепла (хаотического движения) кристаллической решетке. Это мы наблюдаем как тепло Джоуля-Ленца.

Чем больше величина тока, тем больше столкновений, тем больше электронов сбивается с курса переводя упорядоченное движение в хаотическое, тем больше температура электронного газа, и тем выше температура кристаллической решетки.

[Kotische]

Разве в зоне проводимости дейсвует закон Паули или постулаты Бора ??

Уточнение.
Квантуется только состояние связанного электрона. Если энергия электрона больше чем энергия связи с атомом то электрон становится свободным и его состояние перестает квантоваться.

Очень очень грубо можно оценить потребную энергию следующим образом:
http://ru.wikipedia.org/wiki/Кремний

Энергия ионизации (первый электрон) кремния 786,0 кДж/моль или 8,15 эВ
Ширина запрещенной зоны при комнатной температуре составляет 1,12 эВ

Т.е. среднестатисчический электорон проводимости обладает энергией порядка 1 эВ, а что бы стать свободным ему нужна энергия порядка 8 эВ.
При нормальных условиях таких (с избытком энергии в 8 эВ) электронов в кристалле НЕТ!
Т.е. вероятность появления такого электрона за счет тепловых колебаний чрезвычайно мала, настолько что
в кристалле (идеальном) кремния размером с Землю врядли найдется даже один такой электрон.

Если загнать такой электрон в кристалл посредством инжекции, то он некоторое время будет действительно свободным, но очень быстро потеряет энергию и станет обычным электроном проводимости.

[Gudd-Head]

При нормальных условиях таких (с избытком энергии в 8 эВ) электронов в кристалле НЕТ!

Полагаю, имеется в виду кристалл без примесей? Всё равно я не был бы столь критичен. Они там есть, но их очень мало.

[Kotische]

Полагаю, имеется в виду кристалл без примесей? Всё равно я не был бы столь критичен. Они там есть, но их очень мало.

Не "очень мало", а ОЧЕНЬ ОЧЕНЬ ОЧЕНЬ ОЧЕНЬ мало.
В книжке "Барьеры" рассчитывали (для карбида кремния) количество собственных свободных носителей .
И там их что то очень мало получалось, хотя у него ширина запрещенной зоны всего 2.36 эВ.
А 8 эВ это настолько дохера, что даже

Т.е. вероятность появления такого электрона за счет тепловых колебаний чрезвычайно мала, настолько что
в кристалле (идеальном) кремния размером с Землю врядли найдется даже один такой электрон

это чрезвычайно оптимистичная оценка.

[Lander]

Yaotzin, а Вы могли описать PN-переход так же классно, как и про примесные полупроводники, что на первой странице ??

[Lander]

Здравствуйте,

Позвольте рассмотреть два соеденненых вместе кусочка полупроводника разной проводимости:

Неизбежно возникает диффузионный поток электронов из из полупроводника n-типа в полупровдник p-типа - занимая там места разорванный ковалентный связей (дырок). Таким обрзов часть полупроводника n-типа откуда ушли электроны заряжаеться положительно, за счет ухода Донорных электронов. Часть полупроводника P-типа заряжаеться наоборот отрицательно за счет лишнего акцепторного электрона.

А теперь непонятные вопросы:

1)Кака сила заставляет Электроны из n-области перемещатсья в P-область, при том, что образующийся положительный потенциал должен прпятсвовть уходу этих электронов.

Почему же они все таки уходят в p-область и почему не возвращаються обратно ?

[Kotische]

Ну это же очевидно!

Пока заряда ещё нет - они туда идут.
Когда зряд таки создался - они перестают туда идти.
Когда подаешь внешнее поле - ты компенсируешь часть поля создаваемого пространственным зарядом - опять начинают идти.

[Lander]

Нее не надо пока про внешнее поле.

Но почему они не хотят обратно возвращаться то ?? Потенциал положительный есть. На электроны он действует. А электроны не хотят возвращаться. Или это поле слишком мало, чтобы образоалась электроно-дырочная пара в части полупроводника p-типа ?

[Kotische]

Но почему они не хотят обратно возвращаться то ??

Куда возвращаться?

В одном месте много электронов, они посредством диффузии валят туда где их мало.
Это диффузионный ток!

Этот ток ПОНАЧАЛУ создает где то избыток заряду, возникает тормозящее поле.
Или по другому, это поле создает ток направленный напротив диффузионному току.

В равновесии, эти два тока строго уравновешивают друг друга.

[Lander]

Возвращаться на Положительные ионы атомов Донора кудаж еще (ну или по крайней мере в ту область)

Ведь положительные ионы образуют положиельный заряд, который по законоам физике притягивает отрицательные Электроны.

Разве я ошибся ?