78 46 Halbleiter Metalle sind wegen der frei beweglichen Elektronen gute elektrische Leiter. Stoffe wie z. B. Glas, Keramik oder PVC enthalten keine leicht verschiebbaren Ladungsträger. Sie leiten den elektrischen Strom fast nicht und zählen daher zu den Nichtleitern oder Isolatoren. Zwischen der Gruppe der Isolatoren und jener der gut leitenden Metalle gibt es im Periodensystem Elemente, die nur bei tiefen Temperaturen Isolatoren sind, bei Zimmertemperatur aber eine merkliche Leitfähigkeit besitzen. Sie werden Halbleiter (semiconductor) genannt. Zwei häufig verwendete Halbleiterstoffe sind Germanium und Silizium. Jedes Siliziumatom hat vier Elektronen in seiner äußersten Schale. Im Atomgitter des Siliziums werden benachbarte Siliziumatome durch vier Elektronenpaare fest gebunden und ordnen sich regelmäßig an. Es bleiben keine freien Elektronen für die Leitung übrig. Bei Halbleitern genügt aber bereits die Wärmebewegung bei Zimmertemperatur, um einzelne Elektronen aus der Bindung zu lösen. Es bilden sich frei bewegliche, negativ geladene Elektronen und „Elektronenlöcher“, kurz Löcher genannt. Diese zeigen die Eigenschaften einer positiven Ladung. Elektronen und Löcher ergeben zusammen eine deutliche Leitfähigkeit des Halbleiters (Abb. 46.1, 2). Diese Halbleitereigenschaft wird bei der Temperaturmessung mit einem elektronischen Thermometer (Abb. 46.3) praktisch ausgenützt. Solche Messgeräte haben gegenüber den Flüssigkeitsthermometern viele Vorteile. Recherchiere einige dieser Vorteile. Der Vergrößerung der Leitfähigkeit eines Halbleiters durch Temperaturerhöhung sind Grenzen gesetzt. Daher beschreitet man in der Technik einen anderen Weg, die Leitfähigkeit zu erhöhen. Einem hochreinen Halbleitermaterial werden bestimmte Fremdatome eingebaut. Man nennt diesen Vorgang dotieren. Dafür kommen Elemente in Frage, deren Atome in der äußersten Elektronenschale ein Elektron mehr oder ein Elektron weniger als die Atome des Halbleiters besitzen, also Atome mit fünf oder drei Elektronen in der äußersten Schale. Zu diesen Elementen zählen Arsen und Indium. Aus den dadurch erzeugten gut leitenden Stoffen werden alle wichtigen Halbleiterbausteine, wie Dioden, Transistoren usw., hergestellt. Ihre Anwendungen in der Elektronik ermöglichen z. B. den Bau von Computern. Du bist dran – zeige deine Kompetenz: 46.1 Welche Geräte besitzt du, die Halbleiterbausteine enthalten? Wo ist das „Silicon Valley“ und woher kommt sein Name? 46.1 „Auch freie Plätze (Elektronenlöcher) können sich bewegen.“ 46.2 Siliziumkristall mit freien negativen Elektronen Elektron (-) Elektronenloch (+) freies Elektron (-) Siliziumatom 46.3 Elektronisches Thermometer mit Temperaturfühler aus Halbleitermaterial Halbleiter haben eine von der Temperatur abhängige Leitfähigkeit. Durch Beimengung von Fremdstoffen (dotieren) kann man ihre Leitfähigkeit verändern. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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