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空穴(free hole)不是假想,而是客观存在的。空穴的运动是假想:空穴的位置是固定不变的。要是有自由电子(free electron)填充进去,就不带电,要是没有自由电子填空,带一个单位的正电荷。

在P型半导体材料中,空穴是多数载流子(Majority Carrier),而自由电子是少数载流子。如果自由电子从一个空穴运动到另一个空穴,把自由电子看做没有动(所有自由电子是完全一模一样的),那么就自由电子运动带来的效应,就可以用空穴沿反方向运动来完全等效。

既然空穴并不是假想出来的,其位置不可动的实际特性,也能用电子的反方向运动来等效。

作者:多克特梨https://www.zhihu.com/question/401069620/answer/1285915054

测到的不是正电荷,之所呈现出的电荷为正,这个正是大量电子向反方向运动的等效结果。

补充: 导带底电子有效质量为正,价带顶电子有效质量为负。在半导体里,与自由空间里的电子或者电荷不同,电子的运动不只受外部电场的作用,还受内部原子电子的相互运动,这些力的合力最终决定电子的运动。因此,如果只考察外部电场力与电子运动的关系,电子的加速度会出现违反“传统”意义上的牛顿定律的情况(加速度为负),为了等效,提出了有效质量的概念。也就是说,电子在半导体里的运动不能用电子质量,而应用电子的有效质量代替,比如在洛伦兹力作用下。如果在P型材料里用电子运动来计入霍尔效应,就需要用电子的价带有效质量,该质量在硅内为负。 至于为什么为负,请参考半导体物理里能带的由来。

作者:懒小木
https://www.zhihu.com/question/401069620/answer/1280788651


在准经典模型下面,空穴不是假想的,是真实存在的。但是与空穴相对应的电子(准确地说叫准电子)并不是真正常规意义的电子。这点非常重要。

做一个类比,我觉得很多人看过大型团体操,我们假设所有的团体操队员都是女的(电子),一个瞬间,团体操队员组成了一个男人的头像,这时外太空的宇航员在分辨率不高的情况下就只能发现地面上出现一个男人的头像(空穴),过一会儿,又变成了一个女人的头像,这时在宇航员看来就看到了一个女人的头像(准电子),这就是凝聚态里面准粒子近似的一种说法。团体操还可以摆出其他的形状,比如地图(极化子),校徽(马约拉玛费米子)等等。下图为哈工大团体操的场景。


作者:charlary
https://www.zhihu.com/question/401069620/answer/1287987340

首先要说明一件事情,空穴≠正电子,这一概念可能许多人会混淆。

正电子是电子的反粒子,狄拉克1930年预言,安德森1932年从宇宙射线中观测到。

而空穴在固体物理学中指共价键上流失一个电子,因此留下正电荷的现象。

Hall测试过程中,该空穴周围的电子填补这个空穴,同时产生一个新的空穴,因此实际上的电子运动看起来就如同是空穴在移动。

作者:净盘使者
https://www.zhihu.com/question/401069620/answer/1295343920

半导体中的空穴是人为假想出来的,并不真的存在。但是,如何解释p型半导体中运用霍尔效应可以检测到正电荷?


我们以下图为例:

这两幅图中电流方向都是向右,磁场的方向均为垂直于屏幕向外,但区别在于,上图的载流子是电子,下图的载流子是空穴,相应的,上图的电势差是上正下负,而下图的电势差为下正上负。对于半导体来说,实际只存在电子,空穴只是假想出来的,所以按道理讲在实验当中只能观察到上图,但为什么在p型半导体当中会出现下图的情况?

这个问题挺有意思,不过你之所以有这个疑问说明还是没有完全明白霍尔效应的原理,霍尔效应可以分成这样几步的过程

  1. 导体,电压偏置产生电流I,磁场B
  2. 电流方向和磁场方向将唯一决定磁场力方向(左手法则),注意该磁场力与载流子属性没有关系,无论电子还是空穴(你说得没错,确实没有空穴,所以你只需分析电子)。例如,电流方向由左向右,磁场方向进入视平面,则磁场力方向由下向上。
  3. 由于电子为自由载流子,它受力向上运动,留下正电荷在下部,所以形成霍尔电压,bottom为正,top为负
  4. 结论是唯一的,没有歧义
    作者:俾斯麦王
    https://www.zhihu.com/question/401069620/answer/1281673223

简单来讲,P型半导体电子运动发生在价带,而价带中电子的有效质量是负的。有效质量是为了简化计算外力对粒子的作用效果,将整个周期性势场体系(晶体)内部对粒子的作用力(主要来自各个原子核)折算到了粒子质量上得到的等效质量。电子在导带和价带所处的势场一个下凹,一个上凸,通过泰勒展开得到的有效质量具有相反的符号,一正一负。所以尽管磁场对导带价带中电子洛伦兹力方向是一样的,两者产生的加速度方向却是相反的。

作者:acalephs
https://www.zhihu.com/question/316610528/answer/1141626985


首先,对某一个确定的半导体来说,多子的类型是唯一的。

举个例子具体分析:一个与x轴平行放置的p型半导体,添加x正方向的电场与z正方向的磁场。则可理解为多子向x正方向移动,可判断在磁场作用下空穴向y轴负方向移动,形成由y轴负方向到y轴正方向的电场,达到平衡时霍尔电势差为由y轴负方向到正方向。

可是如果是n型半导体,多子为电子,在x正方向电场作用下向x轴负方向移动,在磁场作用下向y轴负方向移动,因此形成了由y轴正方向到负方向的霍尔电势差。

因此,霍尔效应可用于判断半导体类型。

作者:惊鸿一面
链接:https://www.zhihu.com/question/316610528/answer/855628473

检测到的不是正电荷,是霍尔电压相反,至于为什么霍尔电压相反,我的理解是磁场偏转的其实都是电子,只不过n型半导体等效为假设电子向左运动,而p型半导体等效为假设电子向右移动。

找到的比较make sense的解释:P型半导体中载流子空穴是受到晶格约束,是不能运动的。当有电流通过时,电子虽然受到向下的洛仑兹力的作用但是,向下运动的电子在运动过程中会被空穴俘获,动量传递给正离子所以洛仑兹力的作用不是连续的,此时下表面不会积累负电荷。P型半导体在有电流通过时,空穴位置处于电流方向(原子核的右侧)再加上磁场作用,则围绕原子核转动的电子有磁矩的作用与只有电场作用情况下相比则多出一个逆时针的转动速度电子由右侧转到上方的过程中,就等同于空穴向下运动,对于该原子核而言,下面的电势大于上面的电势,由于这个过程是所有电子都共同参与的,经过叠加之后就有电压上负下正了。

作者:lzsz
https://www.zhihu.com/question/401069620/answer/1282712735

文章来自知乎答案,由小百整理发布。


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