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Atomkristalle

Halbleiter

Wird ein Elektron aus dem Valenzband ins Leitungsband angeregt, so wird aus einem lokalisierten Bindungselektron ein im Kristall delokalisiertes Elektron. Gleichzeitig hinterlässt das angeregte Elektron im Valenzband ein positives Loch, Defektelektron, denn an dieser Stelle fehlt jetzt eine negative Ladung.

Die elektrische Leitfähigkeit beruht einerseits auf der Leitung über delokalisierte Elektronen, andererseits auf Löcherleitung (Defektelektronenleitung). Bei der Defektelektronenleitung wird die defekte Atombindung durch ein Elektron einer benachbarten Bindung vervollständigt, wodurch dieser wiederum ein Elektron fehlt. Die positive Ladung, die also aus einem Elektronenmangel besteht, wandert dann in die entgegengesetzte Richtung der Elektronen bzw. der negativen Ladung. Der Beitrag der Elektronenleitung zur Gesamtleitfähigkeit ist höher als der der Löcherleitung. Die Leitfähigkeit von Halbleitern steigt mit der Temperatur, da sich bei höheren Temperaturen mehr angeregte Elektronen im Leitungsband befinden. Halbleiter weisen einen spezifische Widerstand von 108 Ω m < ρ < 106 Ω m auf.

Beispiel Silicium

Im Silicium ist die kovalente Bindung (Si-Si-Bindung) schwächer als im Diamant die entsprechende C-C-Bindung. Aus diesem Grund ist auch die verbotene Zone des Siliciums kleiner (Abb. 1) . Die Anregung der Valenzelektronen erfordert 1,12 eV.

Die Leitfähigkeit steigt mit Abnahme der verbotenen Zone. Silicium ist deshalb ein schwacher Leiter oder auch Halbleiter. Die meisten III/V-Verbindungen sind ebenfalls Halbleiter. Die Leitfähigkeit steigt mit Abnahme der verbotenen Zone weiter über Germanium zu α-Zinn.

Feststoffe, die in reinem Zustand Halbleitereigenschaften zeigen, nennt man auch Eigenhalbleiter.

Abb.1
Eigenhalbleiter im Bänderschema
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