Was ist ein Halbleiter

Ein Halbleiter ist ein schlechter elektrischer Leiter. Bei Zimmertemperatur ist seine Leitfähigkeit deutlich geringer als die der Metalle, aber höher als die von Isolatoren. Um den Halbleiter zu einem besseren Leiter zu machen, muß ihm Energie zugeführt werden. Die wanderungsfähigen Ladungsträger sind Elektronen, genau wie in Metallen. Als Ausgangsstoffe für Halbleiter werden hauptsächlich Germanium und Silizium verwendet, wobei Silizium in der Technik die weitaus größere Bedeutung hat.

Anwendungen für Halbleiter: z.B. Temperaturmeßfühler, Lichtsensoren, Hall-Sonden

Eigenleitung im Halbleiter

In sehr reinen Halbleitern sind bei geringer Temperatur alle Elektronen in den Atomhüllen gebunden, das bedeutet, es gibt praktisch keine wanderungsfähigen Ladungsträger. Bei Zimmertemperatur und darüber hinaus lösen sich einige Elektronen aus der Atomhülle und verursachen die Eigenleitung. Die Zahl der Elektronen steigt dabei schneller an, als die Behinderung des Stromes durch häufigere Zusammenstöße ist, und damit sinkt der Widerstand.

Störstellenleitung im dotierten Halbleiter

Bei der Herstellung von dotierten Halbleitern werden dem eigentlichen Halbleitermaterial bestimmte Stoffe beigemischt, die eine andere Wertigkeit besitzen. Durch diese Dotierung, die in sehr kleinen Anteilen erfolgt, werden im Halbleiterkristall Störstellen verursacht. Dadurch sind bei bereits Zimmertemperatur freie Elektronen vorhanden.

N-leitender Halbleiter

Um einen N-Leiter herzustellen, werden höherwertige Stoffe in das Halbleitermaterial eingemischt. Dabei werden ein oder mehrere Elektronen nicht für die Bindung benötigt, so daß diese frei beweglich sind.
Bsp: Arsen wird in einen Silizium-Halbleiter eingemischt. Arsen ist im Gegensatz zum vierwertigen Silizium fünfwertig, deshalb bleibt ein Elektron übrig, es wird nicht für die Bindung benötigt und ist deshalb nur locker gebunden.

P-leitender Halbleiter

Um einen P-Leiter herzustellen, werden niederwertige Stoffe in das Halbleitermaterial eingemischt. Dabei fehlen ein oder mehrere Elektronen für eine vollständige Bindung. Somit sind Störstellen vorhanden.
Bsp: Aluminium wird in einen Germanium-Halbleiter eingemischt. Aluminium ist im Gegensatz zum vierwertigen Germanium dreiwertig, deshalb ist eine Störstelle vorhanden.

Die Störstellenleitung ist besonders für die Herstellung und Anwendung elektronischer Bauelemente aus Halbleitermaterialien von Bedeutung.