- Halbleiter sind Feststoffe, deren Leitfähigkeit zwischen der von Leitern und Nichtleitern liegt.
- Ihre vierwertigen Atome bilden eine Kristall-Gitterstruktur, so dass durch Elektronenaustausch das Elektronenoktett um jeden Atomkern vervollständigt wird.(Siehe Bild 1)
- Als Halbleiterwerkstoffe werden die
- Grundstoffe Silicium und Germanium oder
- chemische Verbindungen wie Galliumarsenid, Indiumantimonid, Indiumarsenid, Cadmiumsulfid und Siliciumcarbid verwendet.
- Bei der Herstellung muß bei hohem Reinheitsgrad (1 / 1010 ) ein sog. Einkristall gezogen werden können.
- Ohne Enegiezufuhr - z.B. durch Strahlung oder Wärme - sind Halbleitermaterialien Nichtleiter, da durch die Oktettbildung keine freien Elektronen vorhanden sind.
- Bei Energiezufuhr - z.B. Wärme oder Strahlung (Licht) - schwingen die Atome ungeordnet im Kristallgitter. Dabei können sich Elektronen vom Atomkern lösen, die dann durch das elektrische Feld einer angelegten Spannung ohne großen Energieaufwand bewegt werden können.
- Ein freigewordenes Elektron hinterlässt ein positives Loch (auch Defektelektron), weil dem Atom nun ein Elektron fehlt und es zum +Ion wird.
- Ein anderes Elektron kann dieses Loch besetzen, erzeugt aber ein neues Loch usw. So erhält man neben der Elektronenbewegung auch eine (scheinbare) Löcherbewegung mit +Ladung!
(Siehe Bild 2)
- Im Gegensatz zu Metallen nimmt die Leitfähigkeit mit steigender Temperatur - bis zu einem gewissen Maße - zu. Halbleiter haben also einen positiven Temperaturbeiwert und neigen deshalb zum Selbstmord.
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Silizium-Einkristall-Struktur (Bild 1)
Löcherleitung bei Energiezufuhr (Bild 2)
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