34 21 Halbleiter In der 3. Klasse haben wir einen besonderen Leiter kennen gelernt – den sogenannten Halbleiter (semiconductor). In diesem und den folgenden Kapiteln wirst du erfahren, dass sie wesentliche Bauelemente für viele elektronische Geräte sind, die uns das tägliche Leben sehr vereinfachen. Der große Vorteil beim Einsatz von Halbleitern ist die gezielte Beeinflussung der Leitfähigkeit durch das Zusetzen eines geringen Anteils bestimmter Fremdatome. Als Ausgangsmaterial verwendet man einen hochreinen Kristall (z. B. aus Silizium). Den anschließenden Prozess, bei dem man der Grundsubstanz die Fremdatome beigibt, nennt man Dotierung. Silizium (Si) und Germanium (Ge) Atome haben in ihrer Außenschale vier Elektronen, die alle für die Atombindung (Elektronenpaarbindung) benötigt werden. Dotiert man jedoch Ge oder Si mit Arsen- oder Antimonatomen, die fünf Außenelektronen haben, so hat das fünfte Außenelektron keinen festen Platz im Kristallgitter. Es steht als frei bewegliches Elektron für die Elektrizitätsleitung zur Verfügung. Da in diesem Fall die elektrische Leitung durch negative Ladungen erfolgt, spricht man von einem n-Leiter (Abb. 21.1). Gallium- und Indiumatome besitzen in ihrer Außenschale nur drei Elektronen. Werden solche Atome in einen Ge- oder Si-Kristall eingefügt, so fehlt ein Elektron für die vierte Elektronenpaarbindung. Ein derartiges „Loch“ verhält sich wie eine positive Ladung. Es kann ein Elektron eines benachbarten Atoms einfangen. Danach befindet sich aber dieses „Loch“ beim Nachbaratom. Das sieht so aus, als würden die Löcher wandern. Da ein Elektron fehlt, kann man dem Loch eine positive Ladung zuschreiben. Die Elektrizitätsleitung erfolgt in diesem Fall durch das Wandern der positiven Löcher. Man spricht von einem p-Leiter (Abb. 21.2). Du bist dran – zeige deine Kompetenz: 21.1 Erkläre, worin sich Halbleiter von Isolatoren unterscheiden. 21.2 Erkläre, worin sich Halbleiter von Metallen unterscheiden. Kann man die Leitfähigkeit eines Stoffes beeinflussen? 21.1 Schematische Darstellung eines n-Leiters. Der n-Leiter selbst ist elektrisch neutral. Siliziumatom mit vier Außenelektronen Arsenatom mit fünf Außenelektronen Die Stromleitung erfolgt durch negative Ladungen ... n-Leiter Das fünfte Elektron hat keinen Platz im Kristallgitter ... freies Elektron (-) 21.2 Schematische Darstellung eines p-Leiters. Der p-Leiter selbst ist elektrisch neutral. Siliziumatom mit vier Außenelektronen Indiumatom mit drei Außenelektronen Es fehlt ein Elektron zur Paarbildung ... Elektronenloch (+) Die Stromleitung erfolgt durch positive Löcher ... p-Leiter Halbleiter sind bei hinreichend tiefen Temperaturen Isolatoren. Ihre Leitfähigkeit kann durch Einbau von Fremdatomen (Dotierung) gezielt erhöht werden. n-Leiter besitzen im Kristallgitter frei bewegliche Elektronen. p-Leiter haben im Kristallgitter „Löcher“, die sich wie freie positive Ladungen verhalten. Übertragung, Verarbeitung und Speicherung von Informationen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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