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/ NetNews Usenet Archive 1993 #1 / NN_1993_1.iso / spool / sci / electron / 22286 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1993-01-08  |  5.4 KB

  1. Path: sparky!uunet!gatech!destroyer!cs.ubc.ca!uw-beaver!news.u.washington.edu!carson.u.washington.edu!whit
  2. From: whit@carson.u.washington.edu (John Whitmore)
  3. Newsgroups: sci.electronics
  4. Subject: Re: Holes Theroy questions?
  5. Date: 9 Jan 1993 01:09:08 GMT
  6. Organization: University of Washington, Seattle
  7. Lines: 99
  8. Message-ID: <1il8jkINNr8u@shelley.u.washington.edu>
  9. References: <c13975.77.0@email.comm.mot.com>
  10. NNTP-Posting-Host: carson.u.washington.edu
  11.  
  12.  
  13.     There is some interesting physics in this set of questions;
  14. no one else seems to be responding, so...
  15.  
  16. In article <c13975.77.0@email.comm.mot.com> c13975@email.comm.mot.com (Ken Koldan) writes:
  17. >In a posting from Eric H. Taylor - The Theories are full of holes -
  18. >there were questions asked about some things, etc. I found this 
  19. >subject very intriguing. My own ideas(questions) are this
  20. >1) If you ran elctron holes through the incandescent bulb would
  21. >not the holes be filled by the electrons in the conductor and thereby
  22. >causing current, electrons falling into a lower state and releasing photons
  23. >, and heat instead of cooling even though the pressure is decressing?
  24.  
  25.     In solid materials, one can often find completely-occupied
  26. low energy states, and completely-empty high energy states, with
  27. a gap between (where no possible solutions to the electron wave
  28. equation exist).  Such a material is called an insulator; the highest
  29. energy solutions to the electron equation that ARE fully occupied
  30. are the 'valence band', the lowest unoccopied energy states are the
  31. 'conduction band', and the void between is the 'band gap'.
  32.  
  33.     When sufficiently heated, such an insulator 'bumps' a few
  34. electrons out of the valence band into the conduction band.  
  35. Electrical conductivity is the result, both because the conduction
  36. electrons can shift to new, nearby states in order to 'flow' with
  37. the applied electric fields, and because the missing electron in the
  38. valence electron band allows 'nearby' electrons to move into
  39. the available state, which ALSO amounts to electric current.
  40.  
  41.     The high-energy electrons are just like free electrons,
  42. because they aren't bound at a low energy level; these are called
  43. 'electrons'.  The low-energy electrons ARE bound, with the exception
  44. that they can move into the (infrequent) unoccupied places; these
  45. are called 'holes', because one tracks the interesting events by
  46. watching the hole moving about.
  47.  
  48.     The filament of a light bulb is a conductor (a metal), so
  49. there is no band gap, and no holes; the conduction is by nearly-free
  50. electrons in a partially filled band.  When a 'hole' in a semiconductor
  51. (that's what an insulator is called, when it starts to have
  52. charges free enough to move about) hits a metal, it comes to occupy
  53. a metallic electron state (very quickly), and ceases to be a hole.
  54. This transition is repeated, in reverse, on the part of the complete
  55. electric circuit that returns current to the semiconductor.
  56.  
  57.     The energy differences in the semiconductor-hole and metal
  58. are important in thermocouple design (the energy differences
  59. will cancel in a current path at thermal equilibrium, but will
  60. NOT cancel if there's a temperature difference at the junctions).
  61. The difference will usually NOT be large enough to generate visible
  62. light, and (because metals have such a broad range of available 
  63. energy states) a single-event transition with a photon as result
  64. is very unlikely, compared to multiple-event transitions with
  65. no single event having enough momentum and energy to make a photon.
  66.  
  67. >2)Could you get positron holes by using a traditional Fermilab (C0 facility, 
  68. >I think that is what the main detector is called) collider and examining the 
  69. >remains(terget substance) after the collision?
  70.  
  71.     Positrons have a 'negative work function', which means they
  72. are repelled by solid objects.  They couldn't get trapped in
  73. solids, even if they didn't annihilate a nearby electron and vanish.
  74. There are some interesting effects related to this, and positron
  75. beams can be made VERY intense by canny utilization of this effect
  76. for cooling the positrons.
  77.  
  78. >3)Could you collect holes by using semiconductors and forcing hole 
  79. >migration and then polarizing the semiconductor some how to seperate them.
  80. >Something like an electron centrifuge?
  81.  
  82.     Every time you reverse-bias a diode, this is what happens;
  83. the central region of the diode becomes empty of both holes and
  84. electrons (and thus, nonconductive).  The collected charges on
  85. the two sides are called 'space-charge regions'.  Simply collecting holes
  86. is no challenge; they are in equilibrium with the free electrons
  87. at some concentration (depending on temperature), and your
  88. 'collection' will recombine to restore the equilibrium whenever 
  89. you remove the field which created the space-charge region.
  90.  
  91. >4)An amplifier that preferentially amplify holes over electrons is an 
  92. >interesting thought. How about more information on holes, being an EE I
  93. >like this idea.
  94.  
  95.     A bipolar transistor works this way.  There is both hole
  96. current AND electron current flowing in the base, but only one of
  97. those two currents is relevant to the transistor's output current.
  98. Again, holes and electrons become indistinguishable when you 
  99. run the current into a conductor (like a wire), so the 
  100. recombination effect makes the effect moot.
  101.  
  102.     At high frequencies, in some very small-geometry transistors,
  103. ballistic electron conduction has been observed (i.e. the
  104. operation was too fast for the recombination effect), but that's
  105. still a laboratory curiosity.
  106.  
  107.     John Whitmore
  108.  
  109.  
  110.  
  111.