Halbleiter
Halbleiter ist eine Bezeichnung für eine spezielle Gruppe elektronischer Bauelemente, die sich durch ein kompliziertes Durchlaß- und Schaltverhalten auszeichnen.
Anwendung
Weite Teile der heutigen Elektronik beruht auf 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 geringere Leitfähigkeit als normale Metalle, was an der viel niedrigeren Ladungsträgerkonzentration liegt. Ein weiteres Merkmal ist, dass die Leitfähigkeit im Gegensatz zu Metallen mit der Temperatur steigt (Heißleiter), da durch die Temperaturerhöhung mehr Ladungsträger aktiviert werden.
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 erhöhen, 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)