חור (חשמל)

בפיזיקת מצב מוצק, חור הוא קוואזי-חלקיק נושא מטען חיובי. ניתן להתייחס לחור כחלקיק של זרם חשמלי בעל מטען חשמלי הופכי לאלקטרון.

החור הוא מיקום ריק במערכת אטומית בו קיים פוטנציאל לאכלוס אלקטרון, והוא אמצעי תאורטי שימושי בחישובים בפיזיקה וכימיה. אין קשר בין החור כרכיב נגדי לאלקטרון לבין הפוזיטרון, שהוא חלקיק האנטי חומר המקביל לאלקטרון אך בעל מטען חיובי.

בשל עקרון האיסור של פאולי, כאשר אורביטל אטומי מאוכלס במלואו אין אפשרות לאלקטרונים לנוע אליו. אם נוציא ממערכת זו אלקטרון יחיד, יוכל אחד מהאלקטרונים הקרובים אליו לנוע למקום הפנוי שנותר ולהשאיר אחריו בתורו מקום פנוי אליו יוכלו לעבור אלקטרון אחר וכן הלאה, וכך יוכלו אלקטרונים בתווך כמעט מלא לנוע ותתקיים הולכה.

אנלוגיה פשוטה לכך היא של קבוצת אנשים היושבת בשורת מושבים באולם, וכשמושב נחשק באמצע השורה מתפנה עובר אליו האדם היושב לידו ומפנה בכך את מושבו שלו המתאכלס מיידית על ידי הבא בשורה וכן הלאה. במקום לתאר את תנועת כל אדם בתורו למושב המתפנה לצידו, פשוט יותר להתייחס אל האירוע כאל מושב ריק הנע לאורך השורה מאמצעה ועד סופה בכיוון הפוך לתנועת האנשים. בדומה לכך, לעיתים נוח ופשוט יותר לתאר זרם חשמלי כתנועה של "חורים" בכיוון הפוך לתנועת האלקטרונים.

השימוש בחורים נפוץ בחישובים בהנדסת אלקטרוניקה וחשמל, בכימיה קוואנטית ובפיזיקה. בחישוב מתייחסים לחור כאל פרמיון בעל מטען חיובי זהה למטען האלקטרון אך בעל מסה שונה, שניתן להחיל עליו את אותן המשוואות והחישובים.

מבט על החור כחלקיק הנע בחומר מפשט את החישובים לעומת ניתוח של התנועה הריגעית של אלקטרונים רבים העוברים למקום הריק. הדבר דומה לניתוח תנועה של בועה בנוזל. לחור מתייחסים כאל נושא מטען כמו האלקטרון, אולם תנועתו במוליכים למחצה אינה מתרחשת בפס ההולכה כמו תנועת האלקטרונים המעוררים, אלא בפס הערכיות (valence band).

חור יכול להיווצר במוליך למחצה כשאלקטרון מעורר לפס ההולכה ומשאיר אחריו חור בפס הערכיות, בתהליך זה נוצרים שני נושאי המטען (האלקטרון והחור) ושניהם טעונים במטען היחידה בסימנים מנוגדים. תהליך נוסף שבו מאפשרים הולכת חורים טובה במוליך למחצה הוא האילוח מסוג P. במקרה זה נוצרים רק חורים.

החורים והאלקטרונים החופשיים נמצאים ברמות אנרגיה שונות בעקבות עקרון האיסור של פאולי. האלקטרון לא יכול לרדת לפס הערכיות והחור לא יכול לעלות לפס ההולכה (או לחלופין, אין אלקטרון בפס ההולכה שיחליף איתו את מקומו). הדבר אינו תקף כשאלקטרון מעורר נמצא בסביבת חור - במקרה כזה האלקטרון יכול לרדת רמה וזוג נושאי המטען מבטלים זה את זה (רקומבינציה).

מוליך למחצה מאופיין במוליכות סגולית לאלקטרונים ומוליכות סגולית לחורים, אשר אינן זהות. הן תלויות בתהליך הייצור, שלמות הגביש, הטמפרטורה ועוד.

 ראו גם 
 מוליך למחצה
 אילוח
 מודל הפסים
 אלקטרון
 אקסיטון
 מודל האטום של בוהר

קישורים חיצוניים


קטגוריה:פיזיקה של מצב מוצק
קטגוריה:מוליכים למחצה
קטגוריה:כימיה קוונטית
קטגוריה:קוואזי-חלקיקים