Diskussion:Defektelektron/Archiv

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Nicht virtuell

Löcher sind nicht virtuel und auch "wandern" sie i.d.R. nicht, indem sie von Elektronen aufgefüllt werden und die Elektronen nachrücken. Die Existenz von Löchern kann wirklich eindeutig mit Hilfe des Hall-Versuchs bewiesen werden? Wer ergänzt den Artikel? --DB1BMN 22:28, 11. Okt 2005 (CEST)

Ich hoffe es ist jetzt besser geworden. --NorbertR. 15:29, 24. Apr. 2008 (CEST)

5-wertig

Soweit ich mich erinnere schafft eine Dotierung mit 5-wertigen Atomen freie Elektronen und nicht freie Löcher. -- wefo 02:49, 26. Apr. 2008 (CEST)

Laut Def. ist das Loch beim ionisierten Gitteratom, also das fehlende Valenzelektron. Die Dotierung selber macht noch nicht das "Loch", es ist lediglich bei der chem. Bindung eine Valenz nicht abgesättigt. Die Tatsache deines Einwands zeigt aber deutlich wo die Löchertheorie hinführt, wenn es ans anschauliche Erklären gehen soll - nämlich in logische Klimmzüge (siehe Diskussion bei mir) und etwas später (Diode, Transistor) geht das Verständnis den Bach runter und der Leser lebt vom Glaube allen.--NorbertR. 09:45, 26. Apr. 2008 (CEST)
Das mit 5-wertigen Atomen dotierte Halbleitermaterial wird nach meiner Erinnerung als n-Material bezeichnet, weil es in diesem Material „überzählige“ Elektronen gibt. Weil sich die Elektronen in einer thermischen Bewegung befinden, können sie nicht dem Dotierungsatom oder einem Si-Atom zugerechnet werden. Unter der Wirkung eines angelegten elektrischen Feldes wird der Mittelwert der thermischen Bewegung so verschoben, dass von außen ein elektrischer Strom wahrgenommen wird. Das an dem einen Ende eintretende Elektron ist keineswegs identisch mit dem an anderen Ende austretenden. Die „Überzähligkeit“ ergibt sich aus der regelmäßigen Gitterstruktur. -- wefo 10:00, 26. Apr. 2008 (CEST)
Meine ursprüngliche Anmerkung war darauf gerichtet, dass ich die Erwähnung von 5-wertigem Material im Zusammenhang mit Löchern für verfehlt halte. -- wefo 10:08, 26. Apr. 2008 (CEST)

wefo hat vollkommen recht. Irgendjemand hat hier übergroße Probleme mit dem Konzept des Lochs. Fünfwertige Elemente in einem Gitter aus vierwertigen Atomen dienen als Donatoren, die sehr leicht ( = durch thermische Anregung) ein Elektron ins Leitungsband abgeben können. Die bei ihnen dann verbleibende Leerstelle zählt nicht so richtig als Loch, da es für dieses im ungestörten vierwertigen Kristall gar keinen Platz (Band) gibt. Umgekehrt sind dreiwertige Atome im vierwertigen Gitter Akzeptoren, die leicht ein zusätzliches Elektron aufnehmen können, wobei dann die freiwerdende Stelle als Loch zählt, das sich als gleichberechtigter, freier Ladungsträger verhalten kann. --PeterFrankfurt 14:15, 26. Apr. 2008 (CEST)

Das Problem mit der Umdeutung als Loch hat eine lange Tradition. Und GRUNDSÄTZLICH sind unsere Vorstellungen nur Vermutungen, die nur so lange vernünftig sind, wie ein praktischer Versuch die daraus gewonnenen Schlussfolgerungen nicht widerlegt. Die Vorstellung vom Loch in der regelmäßigen Struktur und von Bändern hat sich bisher als nützlich erwiesen. So what? Ich freue mich übrigens, dass meine vier Jahrzehnte alten Erinnerungen doch noch nicht ganz veraltet zu sein scheinen. „Scheinen“, denn das, was ich im Studium gelernt habe, ist die Kultur des Zweifels. -- wefo 14:40, 26. Apr. 2008 (CEST)
Die Diffusion fand ich übrigens durch einen praktischen Versuch bestätigt: Ein verglaster Balkon war übervoll mit meinem Bastelkram. Der enorme Druck führte dazu, dass die Kartons durch die geöffnete Tür in das angrenzende Kinderzimmer diffundierten; die Höhe der Stapel nahm mit zunehmender Entfernung ab und mit der Zeit zu. ;-) -- wefo 14:45, 26. Apr. 2008 (CEST)
Aufgrund des Zeitfaktors ist das letztere Beispiel aber trotz seiner Korrektheit wohl kaum als Demonstrationsversuch für den Unterricht geeignet :-). --PeterFrankfurt 16:58, 27. Apr. 2008 (CEST)

Defektelektronen und Diffusion

O Gottogott, wer hat denn das verzapft. Erst jetzt sehe ich dieses "virtuell" im Artikel über Löcher. Das muss ich mal umformulieren. Ich als alter Festkörperphysiker kann Dir nur versichern: Löcher sind genau so real oder irreal wie Elektronen (letztere sind ja auch keine kleinen Billardkugeln, die so herumflitzen). Man täte sich überhaupt keinen Gefallen, wenn man versuchen würde, mit ihnen anders (außer Vorzeichen und der jeweiligen effektiven Masse) zu rechnen als mit Elektronen, deshalb sollte man sie in allen Anwendungen gleichberechtigt neben Elektronen als Ladungsträger aufführen. Alles andere wäre Kleinkinderverwirrtechnik, glaub es mir einfach. --PeterFrankfurt 19:12, 24. Apr. 2008 (CEST)

Gibt wohl ein Missverständnis. Mit dem "Loch" (fehlendes Valenzelektron und daher unbewegliches Gitterion) magst du wohl Recht haben, aber der Titel lautet eben Defektelektron, also etwas das fehlt! Verstehst du den Unterschied? Also ein virtueller Ladungsträger. Darum in der Literatur die Bezeichnung "äquvalente" Beschreibung. --NorbertR. 08:56, 25. Apr. 2008 (CEST)
Ja, und ich habe es in dem Artikel ja auch immer noch stehengelassen. Aber wie gesagt: In der Praxis ist diese Herkunft (dass man dazu ein Elektron wegholen muss) völlig unrelevant, man "sieht" einen positiven Ladungsträger, mit Eigenschaften, die von einem Positron praktisch nicht zu unterscheiden sind. Das sollte irgendwie rüberkommen. - Vor allem hatte mich das mit dem Elektron-Loch-Paar gestört, das ist nämlich irreführend: Ein Stück Metall kann man mit zusätzlichen Elektronen (monopolig) negativ aufladen, man kann aber genausogut Elektronen absaugen und das ganze Stück makroskopisch positiv aufladen. Da sind die Elektron-Loch-Paare dann ggf. meterweit getrennt. --PeterFrankfurt 19:45, 25. Apr. 2008 (CEST)
Ja schon, aber im Normalbetrieb sind die Bauteile halt nicht geladen (ausgenommen Spannungsabfälle). Die Paare sind im Mittel nicht weiter als ca. 100 Gitterkonstanten aufgeblasen. Ansonsten würden die Anziehungskräfte irrsinnig groß. Übrigens ist die technische Stromrichtung auch umgekehrt von denen der Elektronen, eben weil man früher dachte die Ladungsträger die sich bewegen sind positiv, trotzdem sollte man bei den Elektronen bleiben. Oder? --NorbertR. 21:10, 25. Apr. 2008 (CEST)
Ich glaub ich verstehe langsam wo du den Knopf hast. Wenn du aus dem Halbleiter (Kugel?) an einer Stelle(!) Elektronen abziehst (pos. auflädst) dann hättest du tatsächlich einen Konzentrationsgradienten. Was sich hier allerdings gleichmässig verteilt sind halt wieder die Elektronen und die standen ja schon drin. Das würde genauso auf Metall.- oder Isolator passieren, nur die Zeitkonstanten wären unterschiedlich! --NorbertR. 21:20, 25. Apr. 2008 (CEST)
Aber rein rechentechnisch ist es viel einfacher/eleganter, statt der in Lücken springenden Elektronen die Bewegung der Löcher zu rechnen. Und da das in der Physik als Kriterium zählt, macht man es auch so. - Wie gesagt, man muss sich unbedingt von diesen Elektron-Loch-Paaren lösen und die beiden Teilchen vollkommen separat betrachten, die eine Sorte kann ganz woanders hin verschlagen werden. Denk an die großen Bandgeneratoren mit Millionen Volt Aufladung, denk an Gewitterwolken mit nur einer Sorte Ladungsträger im Umkreis von Hunderten Metern. Und denk an Halbleiter mit ihren pn-Übergängen, den Verarmungszonen beiderseits der Kontaktgrenze usw. Schon nach wenigen Gitterkonstanten Abstand vom Ursprungsort merken die beiden Partner des Elektron-Loch-Paares nichts mehr voneinander, jedes merkt weit überwiegend die Umgebung des Festkörpergitters. Man macht sich unglücklich, wenn man Elektronen und Löcher nicht als gleichberechtigt ansieht. --PeterFrankfurt 00:00, 26. Apr. 2008 (CEST)
"..Schon nach wenigen Gitterkonstanten Abstand vom Ursprungsort merken die beiden Partner des Elektron-Loch-Paares nichts mehr voneinander, .." Das ist eben falsch, es entstehen dann sehr starke elektrische Felder. Das ist ja der Grund warum z.B. der Halbleiter neutral bleibt (Müller, Grundlagen der HAlbleiterelektronik, S.28 unten). Und kein Mensch erklärt heute die Leitung in einem Kupferdraht oder auf einem Bandgenerator-Kollektor mit pos. Ladungsträgern. Das mit dem Rechnen ist der Grund, das Rechen-Modell führt aber beim anschaulichen Erklären von PN-Übergang und Transistor zu Widersprüchen. Und der Elektronenstrahl ist bei dir aus Positronen?--NorbertR. 09:31, 26. Apr. 2008 (CEST)
Mit steigendem Abstand werden die Felder sicher stärker! ;-) -- wefo 09:41, 26. Apr. 2008 (CEST)
Irgendwie verstehe ich den Joke hier nicht... Mit steigendem Abstand sinkt die Kraft (das Feld) quadratisch. Und nichts anderes. Die Felder werden immer kleiner, nicht größer, und damit geht diese Fernwirkung dann bald in lokalen Effekten unter. --PeterFrankfurt 14:07, 26. Apr. 2008 (CEST)
Lieber PeterFrankfurt, ich bezog mich auf die Beanstandung an dem zitierten Satz, die da lautete: „Das ist eben falsch, es entstehen dann sehr starke elektrische Felder.“ Weil zuvor von steigendem Abstand die Rede war, muss der Schreiber wohl der Meinung sein, dass die Felder stärker werden, wenn der Abstand wächst. Das fand ich dank meiner Vorurteile irgendwie lustig. -- wefo 15:01, 26. Apr. 2008 (CEST)
Habe mal gerechnet: Bei 1nm und er=2 komme ich auf 1E-10N und 719 Millionen V/m. Der Abstand muß ja erst mal erzeugt werden. --NorbertR. 09:40, 29. Apr. 2008 (CEST)
Der Vorstellung vom Loch entspricht es, dass irgendein anderes Elektron in dieses Loch hüpfen kann. Und dieses Loch ist ein strukturelles Loch; wenn es besetzt wird, dann ist die betreffende Gegend negativer, als es ihr zusteht. Weil ich unter solchen Vorurteilen leide, ist es mir unverständlich, wieso von einem Paar die Rede ist. Beim Rechnen habe ich früher immer nur geraten, heute schätze ich auf der Grundlage meiner jahrelagen Erfahrung. Die fehlt mir aber bei der angegebenen Rechnung, weshalb ich von den 719 Millionen V/m nicht so sehr beeindruckt bin. -- wefo 15:40, 29. Apr. 2008 (CEST)

Ah, jetzt weiß ich auch, warum jemand hier darauf kam, dass bei steigender Entfernung die Kraft zunehmen müsste. Wenn man stattdessen von der Energie redet, wird es nämlich richtig: Mit steigender Entfernung nimmt die Kraft zwar ab (völlig analog wie bei der Gravitation), aber die potentielle Energie nimmt zu. --PeterFrankfurt 00:04, 30. Apr. 2008 (CEST)

Zu den hier oft erwähnten Elektron-Loch-Paaren: Es gibt tatsächlich in Halbleitern Elektron-Loch-Paare und diese werden Wannier-Mott-Exzitonen genannt. Diese können sich im Halbleiter frei bewegen, transportieren aber keine Ladung, nur Energie. Man kann diese wie ein Wasserstoffstom mit reduzierter effektiver Masse beschreiben. Die Bahnradien sind mehrere Gitterkonstanten groß, wodurch sich das e/h-Paar im Potential der anderen Atomrümpfe und Elektronen bewegt und somit die Coulomb-Wechselwirkung abgeschwächt wird. Berechnet man die Energieeigenwerte ergibt sich, dass bei ca 10 meV das e/h Paar schon dissoziiert (vgl. Ionisationsenergie Wasserstoff 13,5 eV). Soll heißen bei normaler Raumtemperatur 293 K ist die thermische Energie kT = 25 meV schon ausreichend um das Paar zu trennen. Also spielt ein Elektron-Loch-Paar für Transportvorgänge praktisch keine Rolle bei Raumtemperatur. --Franzl aus tirol 03:02, 13. Dez. 2008 (CET)

Beschreibung aus Sicht der Festkörperphysik

Also an dem neuen Absatz habe ich zu kauen: Wieso muss die effektive Masse im Valenzband immer <0 sein? Es gibt doch alle möglichen Formen von Bändern mit verschiedenen Bandverläufen. Und ist die Verbindung vom Vorzeichen der effektiven Masse zur Bewegungsrichtung des Teilchens wirklich so einfach? F=±e*E=±m*a, da käme man wohl auf das Vorzeichen von a, aber da würde ich mich nicht so schnell trauen. Darf man das einfach so? Also das glaube ich alles nicht so ganz. - Was die Bandform angeht: Kann es sein, dass dieser Fall <0 nur ein Beispiel ist und man womöglich zeigen kann, dass es für die anderen möglichen Fälle am Ende auf die gleichen Folgen hinausläuft? Dann wären nur ein paar Wörtchen a la "beispielsweise" zu ergänzen. --PeterFrankfurt 03:54, 14. Dez. 2008 (CET)

Du hast recht, dass die effektive Elektronenmasse im Valenzband auch > 0 sein kann, aber die Bereiche, die für die Eigenschaften (Leitfähigkeit, optische Übergänge) des Halbleiters entscheidend sind, sind eben die Maxima des Valenzbandes und dort ist die effektive Elektronenmasse negativ. F=m*a=±eE gilt immer, bzw. wurde die effektive Masse so definiert, dass die Bewegung im periodischen Potential in der effektiven Masse steckt und die Wirkung einer äußeren Kraft so beschrieben werden kann. --Franzl aus tirol 20:14, 14. Dez. 2008 (CET)
Ok, wenn man es auf den Halbleiter beschränkt, dann stimmt es so. Ich habe vorsichtshalber eine Nebenbemerkung zu Metallen ergänzt, wo dieses Detail eben oft anders aussieht. --PeterFrankfurt 01:12, 15. Dez. 2008 (CET)

Unterschied Löcher und Elektronene Beweglichkeit

Ich habe mich immer über die Loch-leitung gewundert. Dank Wiki nun verstanden. Danke. verstehe ich es richtig wenn ich die unterschiedlichen Mobilitäten von Elektronen und Löchern innerhalb eines Materials (zumindest bei organischen HL der Fall) dem Unterschied zwischen der Ionisierungsenergie und der Elektronenaffinität zuschreibe? Schliesslich ändern sich diese wenn ein Element ein zusätzliches Elektron hat oder eines zu wenig? Als Kosequenz müssten intrinsische anorganische Halbleiter für Elektronen und Löcher die gleiche Beweglichkeit haben? (nicht signierter Beitrag von 193.54.230.217 (Diskussion) 11:19, 22. Sep. 2010 (CEST))

(Neue Beiträge bitte unten anfügen und nicht oben.) Nein, es ist anders. In die Beweglichkeit (Physik) geht ja auch die Effektive Masse ein, und die wiederum ist bestimmt durch die Krümmung der Bänder an der Stelle des fraglichen Interbandübergangs. Wenn man ein Band also lokal durch eine Parabel annähert, wie steil ist letztere dann; je steiler, desto höhere effektive Masse, desto kleinere Beweglichkeit. --PeterFrankfurt 01:58, 23. Sep. 2010 (CEST)
(Entschuldigung wegem falschen Ende).Handelt es sich auch um einen Interbandübergang wenn Ladungen von einem Molekül zum Nachbarmolekül "springen"? Vermutlich ja nicht, da der Ladungsträger ja injiziert wird und nicht angeregt? Natürlich kann man der Ladung trotzdem einen Wellenvektor zuordnen... Ich frag mich aber, ob die Idee mit der Elektronenaffinität nicht im Grenzfall der organischen Halbleiter, deren Bänder ja nur sehr schmal und lokal begrenzt sind (und nicht über den ganzen HL verschmiert) ein Erklärungsansatz sein kann oder ob es damit im Endeffekt nichts zu tun hat? --PeterKehl (nicht signierter Beitrag von 91.89.114.22 (Diskussion) 22:14, 23. Sep. 2010 (CEST))
Ein Ladungsträger ist immer in irgendeinem Band. Vielleicht war meine Erwähnung des Interbandübergangs überflüssig. Es geht bei der Leitung nur um die Krümmung des Ladungsträgers in seinem Leitungsband. Sorry für die Verwirrung. Wie er dort hinkommt, ist fast Nebensache, nur wenn wir von Defektelektronen sprechen, muss ein Elektron wirklich seinen Platz verlassen und sich auf den Weg gemacht haben. Wenn es schon im Leitungsband ist, dann braucht es keine Energiezufuhr, und Loch und Elektron sind im selben Band. Wenn doch ein Interbandübergang stattfindet, dann sind sie in den beiden verschiedenen Bändern. Und im Leitungsband sind die Ladungsträger über den Kristall verschmiert, wo da ein Molekül anfängt oder aufhört, ist schwer zu erfassen, wir tragen in den Bändermodelldiagrammen ja auch nicht den Ort auf, sondern Energie über Impuls, also nur die Richtung der Bewegung. --PeterFrankfurt 04:02, 24. Sep. 2010 (CEST)
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