Physik verstehen 4, Schulbuch

60 3  Arbeitsheft-Seite 34–35 60.1 Silicium ist ein wichtiges Halbleiter- material zur Herstellung elektronischer Bauteile. 1. Was sind Halbleiter? Halbleitermaterialien sind zB Silicium oder Germanium . In ihnen bilden die vier Außenelektronen der Atome bindende Elektronenpaare und stehen zur Stromleitung nicht zur Verfügung. Durch Wärme- oder Lichtenergie können aber Elektronen freigesetzt werden, wodurch das Halbleitermaterial leitend wird. Beim Dotieren (= Ausstatten) von Halbleitern werden Fremdatome mit mehr oder weniger Außenelektronen eingebaut, um die Leitfähigkeit gezielt zu verbessern: • n-Dotierung : Durch Einbau von Atomen mit fünf Außenelektronen (zB Arsen) erhält der Halbleiterkristall überschüssige Elektronen. • p-Dotierung : Werden Atome mit drei Außenelektronen (zB Indium) in den Kristall eingebracht, fehlen Bindungselektronen im Kristall. Diese Elektronenlöcher wirken als positive Stellen im Kristall. M Halbleiter sind Stoffe, die erst durch Zufuhr von Wärme oder Licht stromleitend werden. Durch Dotierung mit Fremdatomen kann ihre Leitfähigkeit gezielt verändert werden. 2. Wie funktionieren Dioden? Eine Einbahnstraße für Elektronen (Abb. 60.3) Baue nebenstehenden Stromkreis mit 9-V-Batterie, Lämpchen und Diode. Vertausche die Polung der Diode. Der Strom wird nur in eine Richtung durchgelassen. Dioden sind Halbleiterbauteile, die den Strom nur in eine Richtung durchlassen. Sie bestehen aus einer p-Leiterschicht mit „Löchern“ und einer n-Leiterschicht mit überschüssigen Elektronen. Dazwi- schen bildet sich eine Sperrschicht ohne frei bewegliche Elektronen und Löcher. Liegt der Minuspol am n-Leiter, werden die Elektronen über die Sperrschicht getrieben. Die Diode leitet den Strom. Liegt der Pluspol am n-Leiter, verbreitert sich die Sperrschicht. Die Diode leitet den Strom nicht (Abb. 60.4). M Dioden sind Halbleiterbauteile, die den Strom nur in eine Richtung durchlassen. V1 9 V = 6 V/0,3 W Diode Halbleiter, Diode und Leuchtdiode 60.3 Eine Einbahnstraße für Elektronen Elektronenstrom Wanderrichtung der Löcher Elektron „Loch“ Sperr- schicht 60.4 Eine Diode in Durchlass- und Sperrrichtung 60.5 Sehr wärmeempfindlich! 60.6 Inneres einer Halbleiterdiode 60.2 p- und n-Halbleiter: An ihrer Grenze entsteht eine Sperrschicht durch Auffüllung der Löcher mit Elektronen. Sperrschicht fehlendes Bindungselektron („Loch“) überschüssiges Elektron Arbeitsblätter q3tw67 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv