Fachgebiet - Materialwissenschaft, Elektrizitätslehre

Bezeichnung für Materialien, deren elektrische Leitfähigkeit bei Raumtemperatur zwischen der von gutleitenden Metallen und der von schlechtleitenden Isolatoren* liegt. Bei niedrigen Temperaturen verhalten sich reine Halbleiter wie Isolatoren. Bei höheren Temperaturen, bei Zufügung von Verunreinigungen (Dotierung) oder unter Lichteinfluss kann die Leitfähigkeit von Halbleitern gesteigert werden. Ihre Leitfähigkeit kann dann Werte erreichen, die mit der von Metallen vergleichbar ist. Eine anschauliche Erklärung für das thermische und elektronische Verhalten eines Halbleiters liefert das Energiebändermodell. Typisch für einen Halbleiter ist dabei ein geringer Abstand zwischen Valenzband und Leitungsband (siehe Abbildung).

Abb.1

Eigenhalbleiter, Bänderschema

Im Bändermodell sind Valenz- und Leitungsband durch eine verbotene Zone getrennt.

Im Fall eines Eigenhalbleiters kann ein Elektron die Bandlücke (verbotene Zone) durch Energiezufuhr, z.B. Temperaturerhöhung überwinden, die elektrische Leitung erfolgt über die Elektronen im weitgehend leeren Leitungsband (Elektronenleitung) und die Elektronenlücken (Defektelektronen) im Valenzband (Löcherleitung). Durch eine Dotierung des Halbleiters mit elektronenreicheren Donor- bzw. elektronenärmeren Akzeptorelementen kann der Bandabstand weiter verringert, d.h. die Leitfähigkeit durch eine solche Störstellenleitung deutlich erhöht werden. Hinsichtlich ihrer Zusammensetzung lassen sich die Elementhalbleiter aus der IV. Hauptgruppe des Periodensystems (Silicium, Germanium), die III-V-Halbleiter (GaAs, InP), II-VI-, I-VII- und andere Gruppen von Halbleitern unterscheiden.