Проводимость в валентной зоне

Проводимость в валентной зоне
Полностью заполненная электронами валентная зона не участвует в электропроводности полупроводника

Один из вариантов объяснения этого явления состоит в том, что электронные состояния вблизи верха валентной зоны имеют отрицательную эффективную массу, в то время как электронные состояния в глубине валентной зоны имеют положительную эффективную массу. При приложении внешней силы, вызванной, например, электрическим полем на электроны валентной зоны, возникают два равных и противоположно направленных тока которые взаимно компенсируют друг друга и суммарная плотность тока в результате равна нулю, то есть материал ведёт себя как изолятор.

Если из валентной зоны, полностью заполненной электронными состояниями удалить один электрон, то баланс токов нарушится. При наложении поля движение электронов с отрицательной эффективной массой движущемся в обратном направлении (относительно электронов с положительной эффективной массой) эквивалентно движению положительного заряда с положительной эффективной массой в том же направлении.

Дырка в верхней части валентной зоны будет двигаться в том же направлении что и электрон вблизи верха валентной зоны и поэтому аналогия с аудиторий тут не подходит, так как пустующее кресло в той модели движется противоположно направлению пересаживания людей и имеет «нулевую массу», в случае же электронов в валентной зоне происходит движение электронов в пространстве волновых векторов и приложенная сила перемещает все электроны валентной зоны в пространстве волновых векторов, а не в реальном пространстве, тут ближе аналогия с пузырьком воздуха в потоке воды, который перемещается вместе с потоком, а не против потока.

Так как {\displaystyle F=ma}F=ma, где {\displaystyle F}F — сила, {\displaystyle a}a — ускорение, электрон с отрицательной эффективной массой сверху валентной зоны будет двигаться в противоположном направлении, также как электрон с положительной эффективной массой снизу зоны проводимости при воздействии электрических и магнитных сил.

Исходя из вышесказанного, можно положить, что дырка — это квазичастица с положительным зарядом и положительной массой и реагирует на электрическое и магнитное поля как реальная частица с положительными зарядом и массой, это связано с тем, что частица с отрицательными зарядом и массой ведёт себя в полях так же, как частица с положительными зарядом и массой. Поэтому в рассмотренном случае дырки можно рассматривать как обычные положительно заряженные квазичастицы, что и наблюдается, например, при экспериментальном определении знака заряда носителей заряда в эффекте Холла.