Halbleiter

Halbleiter ist eine Bezeichnung für eine spezielle Gruppe elektronischer Bauelemente, die sich durch ein kompliziertes Durchlaß- und Schaltverhalten auszeichnet.

Anwendung

Weite Teile der heutigen Elektronik beruhen auf der Verwendung von Halbleitern. Nahezu alle aktiven Bauelemente sind Halbleiter. Wesentlich ist bei vielen Halbleitern ihre Fähigkeit, geschaltet zu werden. Damit können sie in der Digitaltechnik für Logikschaltungen und in der Analogtechnik als Verstärker eingesetzt werden.

Typen

• Diode
• Transistor
• TRIAC
• Thyristor
• integrierte Schaltungen (ICs)
• Mikrocontroller

Eigenschaften

Halbleiter besitzen eine gegensätzliche Form der Leitfähigkeit als Metalle, was an der besonderen Art der Verteilung der Ladungsträgerkonzentration liegt. Bei Metallen ist das Metallgitter (Valenz- und Leitungsband) mit Elektronen gesättigt, sodass nur Elektronen (im Leitungsband) zur Leitung betragen. Bei Halbleitern ist die Konzentration sehr viel geringer, sodass nur sehr wenige Elektronen im Leitungsband vorliegen und auch im Valenzband noch freie Plätze existieren. Damit tragen beide Bänder zur Leitung bei. (Im Valenzband interpretiert man die Bewegung der Elektronen auch als Wandern von Löchern). Dies erklärt auch, dass die Leitfähigkeit im Gegensatz zu Metallen mit der Temperatur steigt (Heißleiter), da durch die Temperaturerhöhung mehr Elektronen ins Leitungsband gelangen und so ein Ladungsträgerpaar generiert wird. (Ein leitendes Elektron mehr und zudem ein weiterer Platz frei für wandernde Elektronen).

Wichtige Halbleitermaterialien:

• Si – Silizium, das am weitesten verwendete Material (engl. silicon, das bedeutet nicht Silikon – letzteres ist silicone im Englischen)
• GaAs – Galliumarsenid, für Höchstfrequenzanwendungen
• InP – Indiumphosphid, für LEDs
• Ge – Germanium, war das erste großindustriell genutzte Halbleitermaterial, heute nur noch in Nischenanwendungen
• GaP – Galliumphosphid, für LEDs
• InSb – Indiumantimonid, für Höchstfrequenzanwendungen, noch im Forschungsstadium
• SiC – Siliziumkarbid, für Hochtemperaturanwendungen im Bereich 200…300 °C, für effiziente Leistungselektronik
• GaN – Galliumnitrid, für LEDs, für hochtaktende effiziente Leistungselektronik

Dotieren

Um die Ladungsträgerkonzentration und damit die Leitfähigkeit von Halbleitern zu steuern, bringt man gezielt Fremdatome in das Material ein; diesen Vorgang nennt man "Dotieren". Bei den Fremdatomen unterscheidet man zwischen "Donatoren", die ein Elektron zur Verfügung stellen, und "Akzeptoren", die ein Elektron aufnehmen können (bzw. ein "Loch" zur Verfügung stellen.) Einen überwiegend mit Donatoren dotierten Halbleiter bezeichnet man als n-Halbleiter, einen überwiegend mit Akzeptoren dotierten als p-Halbleiter. Undotierte Halbleiter werden auch "intrinsische Halbleiter" genannt.

Üblicherweise zum Dotieren verwendete Elemente:

• Donatoren
  • P - Phosphor
  • As - Arsen
  • Sb - Zinn
  • Si - Silizium
  • S - Schwefel

• Akzeptoren
  • B - Bor
  • Al - Aluminium
  • Ga - Gallium
  • C - Kohlenstoff
  • Si - Silizium
  • Mn - Mangan

(Si kann in GaAs je nach Einbauplatz als Donator oder Akzeptor wirken)

Externe Links

• Artikel Halbleiter bei Wikipedia