¿Por qué los electrones se mueven más rápido que los agujeros en un semiconductor?

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Cuando un electrón se va, solo se crea un agujero, y cuando otro electrón lo llena, solo se mueve el agujero, por lo que ambos deben conducir la corriente a la misma velocidad. Sin embargo, me han dicho que los agujeros tienen mayor movilidad que los electrones. Por favor explique cómo puede ser, estoy confundido.

Abeja humilde
fuente
en.wikipedia.org/wiki/Electron_mobility (también cubre agujeros)
Fizz
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Un TLDR simplificado: hay dos "tipos" de electrones en un momento dado: electrones libres y electrones "unidos". Los electrones libres se mueven libremente en el espacio, los electrones unidos solo pueden saltar de un enlace covalente a otro. Naturalmente, los electrones unidos se mueven más lentamente que los electrones libres. Esta es la respuesta a tu pregunta. (Nota: Un agujero es solo una abstracción para un electrón enlazado faltante, no para un electrón libre faltante. Un agujero no es una contraparte simétrica de un electrón libre).
akhmed
Gran pregunta Estoy leyendo un libro en este momento llamado 'Física de semiconductores: una introducción de K.Seeger' para tener una mejor idea sobre este tipo de fenómenos.
crowie

Respuestas:

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Quizás podría ser más fácil comenzar en el estado de energía.

Los electrones libres (los que se mueven de un átomo a otro) están en la banda de conducción y los agujeros (la falta de un electrón en una órbita) están en la banda de valencia (mismo enlace).

La banda de conducción está en un nivel de energía más alto que la banda de valencia y eso significa que las cosas se mueven más rápido. Más interesante aún, para que un electrón se mueva de la banda de conducción a la banda de valencia (y llene el agujero) debe perder algo de energía.

Desde una perspectiva más intuitiva, cuando aparece un agujero en una órbita de valencia, no todos los electrones posibles caerán en él; pasará un gran número hasta que un electrón que (crucialmente) haya perdido suficiente energía para moverse hacia una banda de energía más baja llene el agujero.

Cuando dicho electrón salió de una órbita (creando un agujero), fue porque tenía energía agregada quizás por una colisión o incluso solo por el calor (de lo contrario, no podría tomar una ubicación de mayor energía en la banda de conducción). Solo cuando haya usado esa energía (moviéndose o tal vez colisionando con otro objeto que pueda expulsar un fotón, esto significa que el electrón ha perdido 1 fotón de energía) puede perder esa energía extra y caer en la banda de valencia.

Esto tal vez se explica por una mirada más detallada a los niveles de energía.

Peter Smith
fuente
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Esta respuesta tiene sentido, estaba buscando una explicación y encontré esto: in.answers.yahoo.com/question/index?qid=20101101081211AAzjjDc que básicamente dice lo mismo. electrones en banda de conducción; agujeros en la banda de valencia.
Bimpelrekkie
Gracias hermano por aclarar mi duda. ¡Ahora estoy pensando de la manera correcta!
HumbleBee
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Tenga en cuenta que un electrón en la banda de conducción no puede perder la energía "extra" antes de encontrar un agujero en la banda de valencia para moverse: perder energía y moverse a un nivel de energía diferente es lo mismo. Básicamente, para que un electrón y un agujero se fusionen, deben estar presentes tres cosas al mismo tiempo: el electrón, el agujero y algo para absorber la energía extra. En algunos casos, la energía extra puede irradiarse como luz; en otros casos, los átomos del sustrato lo absorben como energía cinética (calor).
Ilmari Karonen
Estaba tratando de mantener la respuesta simple, por supuesto. El problema subyacente de que un electrón encontrará una posición acorde con su nivel de energía es mi punto principal y que los niveles de energía más altos equivalen a una mayor movilidad.
Peter Smith
@Ilmari Karonen: un electrón en la banda de conducción puede perder la energía extra, si hay un estado vacante debajo de él. De cualquier naturaleza: un agujero convencional, una vacante en la misma banda (conducción), o un estado límite creado por dopaje .
Incnis Mrsi