如何观测(半)导体中电子的运动轨迹

想知道电子的运动轨迹,它们是如何在导体或者半导体中运动的,然后反映出电流的一些特征。

引用新必应
电子在导体或半导体中运动的方式与材料类型、电场方向、载流子浓度等有关,一般包括漂移运动和扩散运动两种。

漂移运动:当导体或半导体中施加电场时,自由电子受到电场力的作用,出现定向的运动,以改变原来的随机热运动。这个过程称为漂移运动。在外电场作用下,电子受到电场力的作用,从低电势区向高电势区运动,导致电子在材料中向一个方向的固定速度运动,使得整个材料中的电荷呈现定向流动的状态。

扩散运动:当n型半导体与p型半导体接触时,因为材料的禁带宽度不同,自由电子会从N区向P区扩散,空穴则从P区向N区扩散,因此在接触处会出现大量的扩散电流。扩散运动是由于载流子浓度不均匀而引起的。

电子的运动方式和载流子浓度影响电流的一些特征,如电阻等。在导体或半导体中,载流子浓度越高,电流就越大,电阻就越小。电子的运动轨迹是不可见的,但可以通过电流和电压等物理量来反映它们的一些特征。

电子在导体或半导体中的运动轨迹可以用量子力学的理论来描述。在这个理论中,电子是以波粒二象性存在的,即它们既可以表现为粒子,也可以表现为波动。在导体或半导体中,电子受到周围原子核和其他电子的相互作用,形成能带结构。能带是描述材料中电子的能量与其动量的函数关系的图像。

在导体中,能带结构允许电子自由移动,因此电子可以沿着导体内的自由电子能带运动。在外加电场的作用下,自由电子受到电场力的作用,从而在导体内运动,这样就产生了电流。

在半导体中,电子的运动和导体有所不同。半导体的能带结构中有一个带隙,它阻止了电子自由运动。在室温下,大多数半导体中的电子都处于带隙中,因此半导体中的电流很小。但是,通过掺杂半导体或者在半导体中引入杂质原子,可以改变其能带结构,从而形成导电性,使电子得以运动,产生电流。

在导体或半导体中,电流的一些特征可以通过电阻、电导率、电容等参数来描述。例如,电阻率越小的材料,电流通过时会产生较小的电阻;电导率越高的材料,电流通过时则会产生较小的电阻;电容则可以用来描述材料的储能能力。这些参数可以用于设计和优化各种电子器件和电路,如晶体管、集成电路等。

你可以到bilibili中搜索视频,有很多科普up做好了动画演示
你自己想观察电子那是万万看不见的