zum Directory-modus

Elektrochemische und elektronische Grundlagen zur Sensorik

Halbleiter-Leitfähigkeit

Die Leitfähigkeit von Halbleitern hängt von der Temperatur und der Dotierung ab.

Temperatur

Bei Raumtemperatur liegen sehr wenige Ladungsträger vor. Deswegen ist die Leitfähigkeit im Halbleiter um 5-10 Größenordnungen kleiner als beim Metall. Die Leitfähigkeit steigt mit der Temperatur an, da mehr Elektronen angeregt werden können.

Dotierung

Die Leitfähigkeit eines Halbleiters ist stark von der Reinheit abhängig. Schon geringe Verunreinigungen (Dotierung) von einem Fremdatom auf 1010 Atome können einen starken Einfluss auf die Leitfähigkeit haben.

Hat ein Fremdatom mehr Valenzelektronen als die Atome des Wirtsgitters, werden nicht alle Valenzelektronen zum Aufbau der Bindung benötigt. Sie sind daher nur schwach an dieser Störstelle gebunden und können leicht abgelöst werden. Die Dotierung wirkt als Elektronenspender (Donator), es entsteht ein n-Halbleiter.

Hat ein Fremdatom weniger Valenzelektronen als die Atome des Wirtsgitters, bleiben einige Bindungen unbesetzt, es entstehen positive Löcher. Die Dotierung wirkt als Elektronenakzeptor, es entsteht ein p-Halbleiter.

Im Bändermodell liegen im Fall der n-Leitung die Energiezustände der Elektronen der Fremdatome oberhalb des Valenzbands in der Bandlücke. Bei geeigneter Wahl der Fremdatome liegen sie dicht unter der Leitungsbandkante. Das Fermi-Niveau liegt zwischen dem Donatorniveau und dem Leitungsband. Die zu überwindende Energie ist jetzt sehr viel kleiner als die Bandlücke. Es resultiert n-Leitfähigkeit.

Bei Dotierung mit Akzeptoren liegen die Akzeptorniveaus dicht über der Valenzbandkante. Es genügt eine geringe Energie, um Elektronen aus dem Valenzband in die Akzeptorniveaus zu lösen. Dadurch entstehen im Valenzband bewegliche Löcher. Es resultiert p-Leitfähigkeit.

Abb.1
Seite 8 von 14