空穴

空穴又稱電洞（Electron hole），在固體物理學中指共價鍵上流失一個電子，最後在共價鍵上留下空位的現象。即共價鍵中的一些價電子由於熱運動獲得一些能量，從而擺脫共價鍵的約束成為自由電子，同時在共價鍵上留下空位，我們稱這些空位為空穴。

基本介紹

• 中文名：空穴，又稱電洞
• 外文名：Electron hole
• 分類：半導體 固體物理學 準粒子
• 原理：光生伏打效應 霍爾效應
• 工藝：刻蝕 摻雜 離子注入 分子束外延 
• 器件：PN結  太陽能電池

介紹

概念

當滿帶頂附近產生p0個空態時,其餘大量電子在外電場作用下所產生的電流,可等效為p0個具有正電荷q和正有效質量mp,速度為v(k)的準經典粒子所產生的電流.這樣的準經典粒子稱為空穴。

半導體如鍺和矽晶體的能帶結構，類似於絕緣體，導帶中沒有電子而價帶是滿帶，但其間的禁頻寬度較小，如矽約1.1eV，鍺約0.7eV。常溫下，由於熱運動，少量在價帶頂部的能量大的電子就可能越過禁帶而升遷到導帶中去成為“自由電子”，這些電子可以通過電子導電形成電流。

由於電子的升遷，在原來是滿帶的價帶中就空出了相等數量的量子態，其餘未升遷的電子就可以進入這些量子態而改變自己的量子態。這些空的量子態叫空穴。由於空穴的存在，價帶中的電子就鬆動了，也就可以在電場的作用下形成電流了。

特徵

1.荷電量與電子相等但符號相反,既荷+q;

2.有效質量數值等於價帶頂空態所對應的電子有效質量,但符號為正,即mp=-mn;

3.速度為價帶頂空帶所對應的電子速度;

4.濃度等於空態密度p0;

原理

一個呈電中性的原子，其正電質子和負電電子的數量是相等的。當少了一個負電的電子，那裡就會呈現出一個正電性的空位——空穴；反之，當有一個電子進來掉進了空穴，就會發出電磁波——光子。

空穴不是正電子，電子與正電子相遇湮滅時，所發出來的光子是非常高能的(即所謂的猝滅現象)。那是兩粒子的質量所完全轉化出來的電磁波能（通常會轉出一對光子）。而電子掉入空穴所發出來的光子，其能量通常只有幾個電子伏特。

半導體由於禁帶較窄，電子只需不多的能量就能從價帶激發到導帶，從而在價帶中留下空穴。周圍電子可以填補這個空穴，同時在原位置產生一個新的空穴，因此實際上的電子運動看起來就如同是空穴在移動。

在半導體的製備中，要在4價的本徵半導體（純矽、鍺等的晶體）的基礎上摻雜。若摻入3價元素雜質（如硼、鎵、銦、鋁等），則可產生大量空穴，獲得P型半導體，又稱空穴型半導體。空穴是P型半導體中的載流子，為多子。

在半導體裡，出現了空穴這樣一個名詞。 當參雜B進入Si內此時B會以B+e-=B-和Si形成穩定共價鍵，即每個B會接受一個電子(電子來自其他Si之間的共價鍵中的價電子)

使自己周圍價電子變成4個才能和周圍的4個Si形成穩定共價鍵故每加入1個B原子將產生一個空穴

空穴並不是真實存在的,只是對大量電子運動的一種等效,空穴的流動其實就是大量電子運動的等效的反運動,這從空穴的定義和特性就可以知道。

空穴導電

一般的解釋是，由於在四價的矽或鍺晶體中摻進了三價的銦或鎵原子，這些原子和矽或鍺的原子的化合鍵中就缺少了一個電子．這個缺位叫空穴．這樣的材料叫P型半導體．在外電場中，P型半導體中的電子會逆電場方向依次填補空穴，同時空穴也就沿電場方向移動．空穴就可以被認為是帶正電的粒子，以它的運動取代電子的運行來解釋P型半導體中電流的形成．用空穴概念甚至可以解釋P型半導體的霍爾效應．一塊通有電流的P型半導體置於磁場中．其中的空穴沿電流方向運動受磁場力方向向上，因而會在上緣集聚，使上緣帶正電，同時下緣就帶了負電．上緣電勢就高於下緣電勢．這一解釋完全符合實驗結果，說明概念是正確的。