¿Son los “agujeros” en los LED solo partículas positivas? ¿Los pozos cuánticos en los LED conducen a la combinación de electrones y esas partículas?

Los agujeros se llaman así porque son la ausencia de un electrón.

En los sistemas de estado sólido, y en los semiconductores en particular, todos los electrones en el sólido se combinan colectivamente para formar una estructura de banda. En particular, la terminología más común son las bandas de conducción y valencia. Las bandas de valencia son esencialmente todos los electrones que ocupan sus enlaces químicos. No pueden moverse porque todos los enlaces están ocupados con electrones. Sin embargo, si excita un electrón dándole algo de energía, puede patearlo hacia la banda de conducción, que son esencialmente estados de no unión que existen a una energía más alta. Una vez que el electrón está en la banda de conducción, puede moverse libremente entre los átomos en el sólido, porque no hay otros electrones en la banda. Sin embargo, si hay un electrón excitado en la banda de conducción, entonces debe haber espacio para un electrón en la banda de valencia. Ese electrón faltante en la banda de valencia se llama un agujero.

Los agujeros tienen propiedades interesantes de tal manera que realmente se comportan como una partícula de carga positiva (en realidad se llama cuasi partícula). Incluso tiene una masa y momento efectivo asociado (generalmente más pesado que el electrón) y puede moverse alrededor de la banda de valencia al igual que el electrón puede moverse alrededor de la banda de conducción. Por supuesto, como tienen carga opuesta, normalmente se atraerán entre sí y se recombinarán. Sin embargo, la recombinación puede evitarse aplicando un campo eléctrico para separar el electrón y los agujeros. Esto sucede en las células solares, convirtiendo fotones en electrones y agujeros. Los electrones y el agujero deben separarse rápidamente para mejorar la eficiencia de la célula solar.

La recombinación de electrones y agujeros puede liberar la energía mediante la emisión de un fotón. Así es como funcionan los láseres semiconductores y los LED. El pozo cuántico es solo la región donde tiene lugar la recombinación de electrones y huecos. Los electrones se inyectan en un extremo y los agujeros en el otro y luego se desplazan hacia el pozo cuántico, donde quedan atrapados y pueden recombinarse de manera eficiente.

En física de semiconductores, ni los “agujeros” ni los “electrones” no corresponden a una partícula física. Son abstracciones utilizadas para simplificar las matemáticas.

El material se comporta como si contuviera una cantidad de operadores de carga móvil dentro de un medio no cargado.

Esto es mucho más fácil que tratar directamente de modelar cargas móviles (electrones) contra un fondo cargado (átomos bloqueados en una red cristalina vibratoria), y los resultados son los mismos.

Entonces, ¿por qué hacer más matemáticas de las que necesitas?

Para tener una idea de cómo obtener agujeros en los músculos, imagine una fila de luces que se encienden y apagan en secuencia … para que parezca que las luces se “persiguen” unas a otras en la fila.

Si tiene mucha luz encendida a la vez, entonces es más fácil hacer un seguimiento de las bombillas apagadas.