Номер 18.15, страница 94 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 18. Полупроводники и полупроводниковые приборы - номер 18.15, страница 94.

Условие.

18.15. Почему дырку рассматривают как частицу с положительным зарядом? Каков этот заряд?

Решение.

Почему дырку рассматривают как частицу с положительным зарядом?

Дырка в физике полупроводников — это квазичастица, представляющая собой вакантное место для электрона в валентной зоне кристалла. Исходно кристалл является электрически нейтральным: суммарный отрицательный заряд всех электронов уравновешивает суммарный положительный заряд атомных ядер.

Когда электрон из-за теплового возбуждения или поглощения фотона покидает свое место в валентной зоне и переходит в зону проводимости, на его месте образуется область с недостатком отрицательного заряда. Этот локальный дефицит заряда $-e$ (заряд электрона) в нейтральной среде эквивалентен появлению эффективного положительного заряда $+e$.

Движение дырки на самом деле является результатом согласованного перемещения электронов валентной зоны. Когда к полупроводнику приложено внешнее электрическое поле, один из соседних валентных электронов может перескочить на место дырки, заполняя ее. При этом дырка смещается на то место, которое только что покинул электрон. Этот процесс можно представить как эстафету. Поскольку электроны (отрицательно заряженные частицы) движутся против направления электрического поля, дырка, перемещаясь в сторону, противоположную движению электронов, фактически движется по направлению электрического поля. Такое поведение в электрическом поле свойственно именно положительно заряженным частицам. Поэтому для удобства описания электрических явлений в полупроводниках дырку рассматривают как подвижную квазичастицу с положительным зарядом.

Каков этот заряд?

Так как дырка возникает на месте ушедшего электрона, ее заряд по абсолютной величине в точности равен заряду электрона, но имеет противоположный знак. Заряд электрона равен $-e$, где $\text{e}$ — элементарный электрический заряд. Соответственно, заряд дырки равен $+e$.

Величина элементарного заряда составляет $e \approx 1.602 \times 10^{-19}$ Кл (Кулон).

Ответ: Дырку рассматривают как частицу с положительным зарядом, потому что она является вакансией электрона, что создает локальный нескомпенсированный положительный заряд в нейтральном кристалле. Кроме того, в электрическом поле дырка перемещается в том же направлении, что и поле, что является поведением, характерным для положительных зарядов. Заряд дырки по величине равен элементарному заряду и положителен: $+e \approx +1.602 \times 10^{-19}$ Кл.