Grundlagen
Elektrizität
   
Halbleiter . 
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Am Beispiel Silizium . 
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Siliziumkristall nahe des Temperaturnullpunktes 
Jedes Siliziumatom besitzt in seiner äußeren Hülle 4 Elektronen , 
die man als Valenzelektronen bezeichnet . 
In einem festen Verbund von Siliziumatomen , bildet jeweils ein Elektron 
dieser Hülle ein Elektronenpaar mit dem Elektron eines Nachbar-Silizium-Atoms . 
Dadurch bewirken diese Bindungselektronen eine feste Bindung . 
Im Gegensatz zum Metallischen Leiter stehen hier also keine freien Leitungselektronen zur Verfügung . 
Dies gilt aber nur in der Nähe des absoluten Temperaturnullpunktes . 
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Siliziumkristall mit Elektronen und Elektronenlöchern 
Steigt die Temperatur des Siliziums an , so brechen einzelne Elektronenbindungen 
auf und stellen somit ein freies Elektron und eine Elektronenlücke zur Vefügung . 
Das Elektron bewegt sich nun frei im Halbleiterkristall . Da eine Elektronenlücke 
immer nur dadurch entsteht , das an dieser Stelle ein Elektron frei wird , 
fehlt dort eine negative Ladung . Das bedeutet , daß an dieser Stelle eine 
positive Ladung von der Größe einer Elektronenladung auftritt . 
Solche Lücken nennt man Defektelektronen (Elektronenlöcher) . 
Wandert das Elektron durch das Kristall , so kommt es häufig vor , daß es in 
eine Elektronenlücke schlüpft und schließlich wieder ein Bindungselektron wird . 
Diesen Vorgang bezeichnet man als Rekombination . 
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Trotz dieser häufigen Rekombinationen steigt die Zahl der freien Ladungsträger mit Zunahme der Temperatur weiterhin an . Dies ist ein wesentlicher Unterschied zum Metall - 
Ein Halbleiter leitet bei höheren Temperaturen besser als bei niedrigen Temperaturen . 
Zum Vergleich folgende Kennlinien : 
Kennlinie Halbleiter / Metalle
Legt man an einen Halbleiter eine Spannung an , so bewegen sich die freien Elektronen wie im Metall auf den 
positiven Pol der Spannungsquelle zu . Gleichzeitig setzt bei dem Halbleiter aber auch eine Bewegung der 
Defektelektronen ein . Diese bewegen sich zum negativem Pol der Spannungsquelle hin , da sie Positiv sind . 
In einem Halbleiter übernehmen also zwei Arten von Ladungsträgern die Aufgabe einen Stromfluß zu ermöglichen ; 
die Leitungselektronen und die Elektronenlöcher . 
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Dotierung 
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Bisher haben wir nur über die Möglichkeiten eines reinen Halbleiters gesprochen . 
Dieser leitet den elektrischen Strom bei Zimmertemperatur aber ca. 50 000 mal schlechter als Kupfer . 
Das bedeutet , um einen bei Zimmertemperatur leitfähigen  Halbleiter zu bekommen , 
muß etwas mit dem Silizium passieren . 
Die Leitfähigkeit von Halbleitern wird durch Dotieren - gezieltes Verunreinigen - wesentlich gesteigert . 
Bei der Herstellung von Silizium wird der Siliziumschmelze entweder Phosphor oder Antimon hinzugefügt . 
Dadurch erreicht man beim Phosphor eine Steigerung der freien Elektronen und beim Antimon eine Steigerung 
der Elektronenlöcher . Es werden also zwei Verschiedene neue Halbleiter hergestellt . 
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Bei der Verbindung Silizium-Phosphor erhält man einen n-Halbleiter (n-für Negativ - Elektronenüberschuß ) , 
der den Strom hauptsächlich folgendermaßen fließen läßt : 
n-Halbleiter
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Bei der Verbindung Silizium-Antimon erhält man einen p-Halbleiter (p-für Positiv - Defektelektronenüberschuß ) , 
der den Strom hauptsächlich folgendermaßen fließen läßt : 
p-Halbleiter
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Durch die Kombination dieser beiden Halbleiter stellt man Dioden , Transistoren etc. her . 
 
Autor : Heiko Haedicke
Copyright : Heiko Haedicke
Datum : 29.07.98
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