Visa källa för Hål (kvasipartikel)

{{källor|datum=2023-10}}'''Hål''' eller '''elektronhål''' är i fysik och speciellt i halvledarefysik [[kvasipartiklar]] med [[massa]], [[laddning]], [[rörelsemängd]], [[spinn]] och [[energi]]. Ett elektronhål beskriver ett [[Atomorbital|kvantmekaniskt tillstånd]] som inte är fyllt och som kan uppta en [[elektron]]. Man kan formellt räkna med dessa hål som om de vore partiklar, påminnande om elektroner, fast med positiv [[elektrisk laddning]]. Konceptet används båda i [[atomfysik]] och i [[fasta tillståndets fysik]] och där särskilt för [[halvledare]].

== Halvledare ==
{{huvudartikel|Halvledare}}
[[Fil:Semiconductor band hot no text.svg|mini|Ett termiskt genererat elektron-hål-par, med hålet i valensbandet (blå) och elektronen i ledningsbandet (röd).]]
[[Fil:P type semiconductor.png|mini|Hål-dopat halvledare; med en extra valenselektron har acceptor-atomen blivit en negativ jon; ett hål är kvar i valensbandet.]]

Halvledare och isolatorer kännetecknas av att det finns ett energigap mellan de [[valenselektron]]er som vid ''T'' = 0 har den högsta energi och de ofyllda tillstånden med lägst energi. Det otillåtna energiområdet mellan valensband och ledningsband kallas [[bandgap]]. Vid ''T'' = 0 gör detta elektrisk ledning omöjlig, eftersom ett yttre [[elektriskt fält]] inte kan accelerera elektronerna. Att göra så skulle ge elektronerna lite extra [[kinetisk energi]]. Sådana energitillstånd finns inte tillgängliga, och därför sker ingen elektrisk ledning.

Vid ändliga temperaturer finns det en chans att en elektron får tillräckligt med energi för att nå ledningsbandet. En sådan elektron lämnar en tom plats bakom sig: ett hål. Även [[absorption]] av ljus med en fotonenergi större än bandgapet skapar elektron-hål-par. Man kan också introducera hål genom tillsättning av små mängder atomer som saknar en valenselektron i förhållande till det vanliga antalet ([[p-dopning]]). I termodynamisk jämvikt gäller att koncentrationerna av elektroner och av hål följer [[massverkans lag]].

När det finns tomt utrymme i valensbandet kan ledning ske. Elektroner kan få extra kinetisk energi. Hålet rör sig åt motsatt håll, och beter sig alltså som en kvasipartikel med positiv massa. Tecknet av [[Halleffekt]] i ''p''-dopade material bekräftar att en sådan beskrivning med positiva laddningsbärare är i överensstämmelse med experiment.

Hålens [[effektiv massa|effektiva massa]] beror på valensbandets kurvatur på samma sätt som för elektroner:

:<math>\frac{1}{m^*}=\frac{1}{\hbar^2}\frac{\mathrm{d}^2\epsilon}{\mathrm{d}k^2}</math> (för [[isotrop]]a material)
där <math>\hbar</math> är [[Plancks konstant|Diracs konstant]], <math>\epsilon\,</math> är [[energi]]n och ''k'' är [[vågtal]]et. Elektroner och hål har oftast olika effektiv massa.

{{Elementarpartiklar}}

[[Kategori:Fasta tillståndets fysik]]
[[Kategori:Kvasipartiklar]]