Номер 18.16, страница 94 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 18. Полупроводники и полупроводниковые приборы - номер 18.16, страница 94.

Условие.

18.16. Как возникают дырки в чистых полупроводниках?

Решение.

В чистых (собственных) полупроводниках, таких как кремний или германий, атомы в кристаллической решетке связаны между собой ковалентными связями. Каждая такая связь образована парой валентных электронов. При температуре абсолютного нуля ($T = 0$ K) все валентные электроны находятся на своих местах в этих связях, образуя полностью заполненную валентную зону. Свободных носителей заряда нет, и полупроводник ведет себя как диэлектрик.

При повышении температуры ($T > 0$ K) атомы решетки начинают совершать тепловые колебания. Энергия этих колебаний может оказаться достаточной, чтобы разорвать некоторые ковалентные связи. Когда связь разрывается, один из валентных электронов получает достаточно энергии, чтобы покинуть свое место и перейти в зону проводимости, становясь свободным электроном и носителем отрицательного заряда.

На месте, которое покинул электрон в ковалентной связи, образуется вакантное место с недостающим отрицательным зарядом. Эта незаполненная связь обладает эффективным положительным зарядом и называется дыркой. Таким образом, дырка — это не реальная частица, а квазичастица, представляющая собой отсутствие электрона в валентной зоне.

Возникшая дырка может быть заполнена электроном из соседней ковалентной связи. Когда это происходит, дырка исчезает на старом месте и появляется на новом, то есть она перемещается по кристаллу. Такое перемещение дырки эквивалентно движению положительного заряда в направлении, противоположном движению перескакивающих электронов. Процесс одновременного рождения свободного электрона и дырки называется генерацией электронно-дырочной пары. В чистых полупроводниках концентрация свободных электронов всегда равна концентрации дырок.

Ответ: Дырки в чистых полупроводниках возникают в результате разрыва ковалентных связей под действием тепловой энергии. Когда валентный электрон покидает связь и становится свободным (переходит в зону проводимости), на его месте в валентной зоне остается вакансия с эффективным положительным зарядом, которая и называется дыркой.