Reine Halbleiter
Einleitung
Bei Halbleitern handelt es sich um Kristalle, welche bestimmte Eigenschaften aufweisen. Es gibt verschiedene Materialeien aus welchen Halbleitern bestehen können. Am Häufigsten werden dabei Halbleiter aus Germanium oder Silizium genutzt.
Im Folgenden wird das Prinzip der Halbleiter an einem Silizium Halbleiter erklärt.
Si-Atom
Si-Atom
Temperatur
niedrig: Nicht leitend
hoch: Leitend
–
Einführung
Silizium ist 4-Wertig, besitzt also 4 Außenelektronen.
Dabei kann an jeder der 4 Außenelektronen ein anderes Silizium Atom andocken.
So kann ein Silizium Gitter entstehen. Es handelt sich dabei um einen Halbleiter.
Bei sehr tiefen Temperaturen passiert nichts, alles ist ruhig, die Elektronen sind festgebunden. Wird nun die Temperatur erhöht geraten sie Silizium-Atome in Schwingung wobei sich Elektronen aus dem Gitterverbund lösen und nun frei beweglich sind. Fachlich ausgedrückt heißt das, dass: Elektronen gelangen aus dem Valenzband ins Leitungsband.
Jedes frei werdende Elektron hinterlässt im Gitter ein sogenanntes Loch.
Aus den Grundlagen wissen wir bereits das Elektronen negativ geladen sind. Das hinterlassene Loch weißt daher eine positive Ladung auf.
Spannungsquelle
Schließt man nun eine Spannungsquelle an den Halbleiter an, werden die frei beweglichen Elektronen vom +Pol angezogen.
Rekombination
Auf dem Weg zum +Pol kann es aber sein das die Elektronen in ein freies Loch gezogen werden. Später können diese aber wieder aus dem Gitter gelöst werden. Deshalb wandern die Elektronen trotzdem, vielleicht nicht auf direkten Weg, zum +Pol.
Fachlich ausgedrückt nennt man den Prozess, in welchem ein Elektron wieder in ein freies Loch fliegt, Rekombination.
Vom -Pol kommen neue Elektronen nach. Betrachtet man das Verhalten der sich lösenden und zum +Pol wandernden Elektronen aus einem anderen Blickwinkel, kann man auch die Aussage treffen das sich die Löscher in Richtung -Pol bewegen.
Zusammenfassung
Ist die Temperatur niedrig -> Sind die Elektronen festgebunden -> Halbleiter leitet keinen Strom
Ist die Temperatur hoch -> Werden Elektronen frei -> Halbleiter kann Strom leiten