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Halbleiter


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Inhaltsverzeichnis

Allgemein

Unter einem Halbleiter versteht man einen Festkörper dessen elektrische Leitfähigkeit zwischen der eines Metalls und der eines Isolators liegt. Wie Isolatoren haben Halbleiter am Nullpunkt der Temperaturskala ein vollbesetztes Valenzband und ein leeres Leitungsband d.h. bei Halbleitern liegt das Ferminiveau in der Bandlücke (vgl. Bändermodell ). Dass das Valenzband voll bestzt und Leitungsband völlig unbesetzt ist liegt am tetraedrischen eines Halbleiterkristalls. Diese Tetraeder- oder auch Kristallstruktur durch die sogenannten Grimm-Sommerfeld-Verbindungen zu Stande. Bei muss die durchschnittliche Valenzelektronenanzahl 4 betragen. Beispielsweise das Element Silizium (Elementarhalbleiter) oder bei der (Ga(III)-As(IV). Die wichtigste technische Anwendung der Halbleiter die Mikroelektronik .

Die Elektronen in Festkörpern wechselwirken über sehr viele hinweg miteinander. Dies führt faktisch zu einer der (im Atom noch als diskrete Niveaus möglichen Energiewerte zu ausgedehnten Energiebereichen den sogenannten Zwischen den Bändern bestehen Lücken die die nicht besetzen können. Unbesetzte Bänder können mangels Ladungsträger keinen elektrischen Strom leiten. In voll Bändern weisen die Ladungsträger keine Beweglichkeit auf. in teilbesetzten Bändern treten Elektronen mit einer Beweglichkeit auf. Da dies in Metallen der ist sind diese elektrisch leitend. In Nichtmetallen bei einer Temperatur von null Kelvin (absoluter Nullpunkt der Temperaturskala entspricht etwa 15 Grad Celsius ) die Bänder entweder voll mit Elektronen oder ganz leer. Da dann keine freien vorhanden sind liegt am absoluten Nullpunkt in keine elektrische Leitfähigkeit vor.

Zwischen dem obersten noch voll besetzten ( Valenzband ) und dem darüberliegenden ( Leitungsband ) liegt ein Energiebereich in dem nach Quantenmechanik keine erlaubten Zustände existieren die Bandlücke . Diese Bandlücke ist bei Halbleitern relativ (InAs: ~0.4 eV Ge : ~0.7 eV Si : ~1.2 eV GaAs : ~1.5 eV Diamant : ~5.5 eV) so dass z.B. durch Energie der Wärmeschwingungen oder durch Absorption von Licht Elektronen vom vollbesetzten Valenzband ins Leitungsband werden können. Halbleiter haben also eine mit Temperatur zunehmende elektrische Leitfähigkeit.

Durch gezielte Verunreinigung eines Halbleiters mit das so genannte Dotieren kann ein Überschuss oder Mangel von gezielt herbeigeführt werden. Bei Überschuss sorgen vorwiegend Elektronen im Leitungsband bei einem Mangel die positiv geladenen Löcher oder Defektelektronen im Valenzband elektrische Leitfähigkeit. Halbleiterbereiche mit Elektronenüberschuss bezeichnet man n-dotiert solche mit Mangel als p-dotiert .

Durch geschickte Kombination von n- und Bereichen kann man einzelne so genannte diskrete Halbleiterbauelemente wie Dioden und Transistoren und komplexe aus vielen Bauelementen in einzigen Kristall aufgebaute integrierte Schaltungen oder Mikrochips aufbauen.

Die Halbleitertechnik befasst sich mit der technischen Herstellung Halbleiterbauelementen Microchips und integrierten Schaltungen

Siehe auch P-n-Übergang .

Chemische Einteilung

Elementare Halbleiter Verbindungshalbleiter Organische Halbleiter
Ge Si alpha-Sn C (Fullerene) B Te III-V:GaP GaAs InP InSb InAs GaSb Mono- und triklin: Anthracen Tetracen Phthalocyanine
Unter Druck: Bi Ca Sr Ba P S I II-VI: ZnS ZnSe ZnTe CdS CdSe HgS Mischsysteme: Polyvinylcarbazol TCNQ Komplexe
  III-VI: GaS GaSe GaTe InS InSe ....  

Bindungscharakter

Man unterscheidet vier chemische Bindungstypen:
1.) Heteropolare Bindung
2.) Homöopolare Bindung
3.) Van-der-Waals-Bindung
4.) Metallbindung
Die Übergänge zwischen diesen vier Bindungstypen fließend.

Direkte und Indirekte Halbleiter

Zudem ist es wichtig zwischen Direkten Indirekten Halbleitern zu unterscheiden. Hierfür sollte beachten die Obengenannten Bänder nicht waagerechte Linien sind über die Oberfläche eines Kristalls variieren. So jeweils das Leitungsband und das Valenzband (unabhängig Maxima und Minima besitzt. Befinden sich nun absolute Maximum eines Leitungsbandes und das absolute eines Valenzbandes gegenüber so spricht man von Direkten Halbleiter. In dem Fall wo diese nicht gegenüber liegen spricht man von einem Halbleiter. Diese Eigenschaft von Halbleitern ist wichtig direkte Übergänge zu eine Photonenemission führen. Diese ist z.B. für den Bau von LEDs Direkte und Indirekte Halbleiter kann man mittels versuch voneinander unterscheiden.

Direkte Halbleiter: GaAs InP GaN ...

Indirekte Halbleiter: Si Ge SiC ...

Semimagnetische Halbleiter

Semimagnetische Halbleiter sind Stoffe die eine im eV-Bereich besitzen. Ihre Leitfähigkeit ist stark temperaturabhängig. Bei 0  Kelvin ist die elektrische Leitfähigkeit gleich Null.

Semimagnetische Halbleiter gehören zur wichtigen Gruppe Verbindungehalbleiter oder Compound Semiconductor. Es handelt sich Verbindungen aus Elementen der II und VI III-IV Hauptgrupe des Periodensystems bei denen ein durch z.B. Mangan (Mangan ist magnetisch) ersetzt wurde. Eine Eigenschaft dieser semimagnetischen Halbleiter ist die große Eigentlich nennt man semimagnetische Halbleiter diluted magnetic semiconductors da sie magnetisch verdünnt sind.

Weblinks

http://www.et.htwk-leipzig.de/kontakte/Fechner/projekte/physik/leitung/halbleit.htm



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