Bedingungen für das Auftreten von Strom in einem Halbleiter. Elektrischer Strom in Halbleitern. Halbleiterdiode. Halbleiterbauelemente. Elektrischer Strom im Vakuum

In dieser Lektion werden wir ein solches Medium für den Durchgang von elektrischem Strom als Halbleiter betrachten. Wir werden das Prinzip ihrer Leitfähigkeit, die Abhängigkeit dieser Leitfähigkeit von der Temperatur und das Vorhandensein von Verunreinigungen betrachten, ein solches Konzept als pn-Übergang und grundlegende Halbleiterbauelemente betrachten.

Wenn Sie eine direkte Verbindung herstellen, neutralisiert das externe Feld das Verriegelungsfeld und der Strom wird von den Hauptladungsträgern hergestellt (Abb. 9).

Reis. 9. p-n-Übergang mit direkter Verbindung ()

In diesem Fall ist der Strom von Minoritätsträgern vernachlässigbar, er ist praktisch nicht vorhanden. Daher liefert der p-n-Übergang eine Einwegleitung von elektrischem Strom.

Reis. 10. Atomstruktur von Silizium bei steigender Temperatur

Die Leitung von Halbleitern ist Elektron-Loch, und eine solche Leitung wird Eigenleitung genannt. Und im Gegensatz zu leitfähigen Metallen nimmt die Anzahl der freien Ladungen mit zunehmender Temperatur nur zu (im ersten Fall ändert sie sich nicht), sodass die Leitfähigkeit von Halbleitern mit zunehmender Temperatur zunimmt und der Widerstand abnimmt (Abb. 10).

Ein sehr wichtiges Thema bei der Untersuchung von Halbleitern ist das Vorhandensein von Verunreinigungen in ihnen. Und im Falle des Vorhandenseins von Verunreinigungen sollte man von Fremdstoffleitfähigkeit sprechen.

Halbleiter

Die geringe Größe und die sehr hohe Qualität der übertragenen Signale haben dazu geführt, dass Halbleiterbauelemente in der modernen elektronischen Technologie weit verbreitet sind. Die Zusammensetzung solcher Vorrichtungen kann nicht nur das oben erwähnte Silizium mit Verunreinigungen enthalten, sondern beispielsweise auch Germanium.

Eines dieser Geräte ist eine Diode - ein Gerät, das in der Lage ist, Strom in eine Richtung zu leiten und seinen Durchgang in der anderen zu verhindern. Er wird durch Implantieren eines anderen Halbleitertyps in einen Halbleiterkristall vom p- oder n-Typ erhalten (Abb. 11).

Reis. 11. Die Bezeichnung der Diode auf dem Diagramm bzw. dem Diagramm ihres Geräts

Ein anderes Gerät, jetzt mit zwei p-n-Übergängen, wird Transistor genannt. Sie dient nicht nur der Auswahl der Stromflussrichtung, sondern auch deren Umrechnung (Abb. 12).

Reis. 12. Schema der Struktur des Transistors bzw. seiner Bezeichnung im Stromkreis ()

Es sollte beachtet werden, dass moderne Mikroschaltungen viele Kombinationen von Dioden, Transistoren und anderen elektrischen Geräten verwenden.

In der nächsten Lektion werden wir uns mit der Ausbreitung von elektrischem Strom im Vakuum befassen.

Referenzliste

1. Tichomirova S.A., Yavorsky B.M. Physik (Grundstufe) - M.: Mnemozina, 2012.
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3. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z., Slobodskov B.A. Physik. Elektrodynamik. -M.: 2010.

1. Funktionsprinzipien von Geräten ().
2. Enzyklopädie der Physik und Technologie ().

Hausaufgaben

1. Was verursacht Leitungselektronen in einem Halbleiter?
2. Was ist die Eigenleitfähigkeit eines Halbleiters?
3. Wie hängt die Leitfähigkeit eines Halbleiters von der Temperatur ab?
4. Was ist der Unterschied zwischen einer Donorverunreinigung und einer Akzeptorverunreinigung?
5. * Welche Leitfähigkeit hat Silizium mit einer Beimischung von a) Gallium, b) Indium, c) Phosphor, d) Antimon?

Halbleiter sind Stoffe, die hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit eine Zwischenstellung zwischen guten Leitern und guten Isolatoren (Dielektrika) einnehmen.

Halbleiter sind auch chemische Elemente (Germanium Ge, Silizium Si, Selen Se, Tellur Te) und Verbindungen chemischer Elemente (PbS, CdS etc.).

Die Art der Stromträger in verschiedenen Halbleitern ist unterschiedlich. In einigen von ihnen sind Ladungsträger Ionen; in anderen sind die Ladungsträger Elektronen.

Eigenleitfähigkeit von Halbleitern

Es gibt zwei Arten von Eigenleitung in Halbleitern: Elektronenleitung und Lochleitung in Halbleitern.

1. Elektronische Leitfähigkeit von Halbleitern.

Die elektronische Leitfähigkeit erfolgt durch gerichtete Bewegung im Atomzwischenraum freier Elektronen, die durch äußere Einflüsse die Valenzschale des Atoms verlassen haben.

2. Lochleitfähigkeit von Halbleitern.

Die Lochleitung erfolgt durch die gerichtete Bewegung von Valenzelektronen zu freien Stellen in Paarelektronenbindungen - Löchern. Das Valenzelektron eines neutralen Atoms, das sich in unmittelbarer Nähe eines positiven Ions (Loch) befindet, wird von dem Loch angezogen und springt hinein. In diesem Fall wird anstelle eines neutralen Atoms ein positives Ion (Loch) und anstelle eines positiven Ions (Loch) ein neutrales Atom gebildet.

In einem ideal reinen Halbleiter ohne Fremdstoffe entspricht jedes freie Elektron der Bildung eines Lochs, d.h. die Anzahl der Elektronen und Löcher, die an der Erzeugung des Stroms beteiligt sind, ist gleich.

Die Leitfähigkeit, bei der gleich viele Ladungsträger (Elektronen und Löcher) auftreten, nennt man Eigenleitfähigkeit von Halbleitern.

Die Eigenleitfähigkeit von Halbleitern ist normalerweise klein, da die Anzahl freier Elektronen klein ist. Geringste Spuren von Verunreinigungen verändern die Eigenschaften von Halbleitern radikal.

Elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern in Gegenwart von Verunreinigungen

Verunreinigungen in einem Halbleiter sind Atome fremder chemischer Elemente, die nicht im Haupthalbleiter enthalten sind.

Leitfähigkeit von Verunreinigungen- Dies ist die Leitfähigkeit von Halbleitern aufgrund der Einführung von Verunreinigungen in ihre Kristallgitter.

In einigen Fällen äußert sich der Einfluss von Verunreinigungen darin, dass der Leitungsmechanismus "Loch" praktisch unmöglich wird und der Strom im Halbleiter hauptsächlich durch die Bewegung freier Elektronen erfolgt. Solche Halbleiter werden genannt elektronische Halbleiter oder Halbleiter vom n-Typ(vom lateinischen Wort negativus - negativ). Die Hauptladungsträger sind Elektronen, und nicht die Hauptladungsträger sind Löcher. n-Typ-Halbleiter sind Halbleiter mit Donator-Störstellen.

1. Spenderverunreinigungen.

Donatorverunreinigungen sind solche, die leicht Elektronen abgeben und folglich die Anzahl freier Elektronen erhöhen. Donatorverunreinigungen liefern Leitungselektronen, ohne dass die gleiche Anzahl von Löchern auftritt.

Ein typisches Beispiel für eine Donatorverunreinigung in vierwertigem Germanium Ge sind fünfwertige Arsenatome As.

In anderen Fällen wird die Bewegung freier Elektronen praktisch unmöglich und der Strom wird nur durch die Bewegung von Löchern ausgeführt. Diese Halbleiter werden genannt Lochhalbleiter oder Halbleiter vom p-Typ(vom lateinischen Wort positivus - positiv). Die Hauptladungsträger sind Löcher und nicht die Hauptelektronen. . Halbleiter vom p-Typ sind Halbleiter mit Akzeptorverunreinigungen.

Akzeptorverunreinigungen sind Verunreinigungen, in denen nicht genügend Elektronen vorhanden sind, um normale Paar-Elektronen-Bindungen zu bilden.

Ein Beispiel für eine Akzeptorverunreinigung in Germanium Ge sind dreiwertige Galliumatome Ga

Elektrischer Strom durch den Kontakt von Halbleitern vom p-Typ und n-Typ p-n-Übergang ist die Kontaktschicht von zwei Fremdstoffhalbleitern vom p-Typ und n-Typ; Der p-n-Übergang ist eine Grenze, die Bereiche mit Loch-(p)-Leitung und elektronischer (n)-Leitung in demselben Einkristall trennt.

direkter p-n-Übergang

Wird der n-Halbleiter mit dem Minuspol der Stromquelle und der Pluspol der Stromquelle mit dem p-Halbleiter verbunden, dann werden unter Einwirkung eines elektrischen Feldes die Elektronen im n-Halbleiter und die Löcher im p-Halbleiter bewegen sich aufeinander zu zur Halbleitergrenzfläche. Elektronen, die die Grenze überqueren, "füllen" die Löcher, der Strom durch den pn-Übergang wird von den Hauptladungsträgern getragen. Dadurch steigt die Leitfähigkeit der gesamten Probe. Bei einer solchen direkten (Durchgangs-)Richtung des externen elektrischen Felds nehmen die Dicke der Sperrschicht und ihr Widerstand ab.

In dieser Richtung fließt der Strom durch die Grenze der beiden Halbleiter.

Umgekehrter pn-Übergang

Wenn der n-Halbleiter mit dem Pluspol der Stromquelle und der p-Halbleiter mit dem Minuspol der Stromquelle verbunden ist, dann werden die Elektronen im n-Halbleiter und die Löcher im p-Halbleiter unter der Einwirkung stehen eines elektrischen Feldes von der Grenzfläche in entgegengesetzte Richtungen bewegen, der Strom durch den p-n-Übergang wird von Nebenladungsträgern getragen. Dies führt zu einer Verdickung der Sperrschicht und einer Erhöhung ihres Widerstandes. Als Ergebnis erweist sich die Leitfähigkeit der Probe als unbedeutend und der Widerstand ist groß.

Es entsteht eine sogenannte Barriereschicht. Bei dieser Richtung des äußeren Feldes fließt der elektrische Strom praktisch nicht durch den Kontakt der p- und n-Halbleiter.

Somit hat der Elektron-Loch-Übergang eine einseitige Leitung.

Die Abhängigkeit des Stroms von der Spannungs-Volt-Strom-Charakteristik des p-n-Übergangs ist in der Abbildung dargestellt (die Volt-Strom-Charakteristik des direkten p-n-Übergangs ist durch eine durchgezogene Linie dargestellt, die Volt-Ampere-Charakteristik des umgekehrten p-n-Übergangs ist dargestellt durch eine gepunktete Linie).

Halbleiter:

Halbleiterdiode - Zum Gleichrichten von Wechselstrom wird ein p - n - Übergang mit unterschiedlichen Widerständen verwendet: In Vorwärtsrichtung ist der Widerstand des p - n - Übergangs viel geringer als in Rückwärtsrichtung.

Fotowiderstände - zur Registrierung und Messung schwacher Lichtströme. Bestimmen Sie mit ihrer Hilfe die Qualität von Oberflächen, kontrollieren Sie die Abmessungen von Produkten.

Thermistoren - für Ferntemperaturmessung, Feuermelder.

Halbleiter sind eine Stoffklasse, bei der mit steigender Temperatur die Leitfähigkeit zunimmt und der elektrische Widerstand abnimmt. Diese Halbleiter unterscheiden sich grundlegend von Metallen.

Typische Halbleiter sind Kristalle aus Germanium und Silizium, in denen die Atome durch eine kovalente Bindung verbunden sind. Halbleiter haben bei jeder Temperatur freie Elektronen. Freie Elektronen können sich unter der Wirkung eines externen elektrischen Feldes im Kristall bewegen und einen elektronischen Leitungsstrom erzeugen. Die Entfernung eines Elektrons aus der äußeren Hülle eines der Atome des Kristallgitters führt zur Umwandlung dieses Atoms in ein positives Ion. Dieses Ion kann neutralisiert werden, indem ein Elektron von einem der benachbarten Atome eingefangen wird. Als Ergebnis der Übergänge von Elektronen von Atomen zu positiven Ionen tritt außerdem ein Prozess chaotischer Bewegung im Kristall an der Stelle mit dem fehlenden Elektron auf. Äußerlich wird dieser Vorgang als Bewegung einer positiven elektrischen Ladung wahrgenommen, genannt Loch.

Wenn ein Kristall in ein elektrisches Feld gebracht wird, tritt eine geordnete Bewegung von Löchern auf – ein Lochleitungsstrom.

In einem idealen Halbleiterkristall entsteht ein elektrischer Strom durch die Bewegung einer gleichen Anzahl von negativ geladenen Elektronen und positiv geladenen Löchern. Die Leitfähigkeit in idealen Halbleitern wird intrinsische Leitfähigkeit genannt.

Die Eigenschaften von Halbleitern sind stark vom Gehalt an Verunreinigungen abhängig. Es gibt zwei Arten von Verunreinigungen – Donor und Akzeptor.

Verunreinigungen, die Elektronen abgeben und elektronische Leitfähigkeit erzeugen, werden genannt Spender(Verunreinigungen mit einer Wertigkeit größer als die des Haupthalbleiters). Halbleiter, bei denen die Elektronenkonzentration die Löcherkonzentration übersteigt, werden als n-Typ-Halbleiter bezeichnet.

Verunreinigungen, die Elektronen einfangen und dadurch bewegliche Löcher erzeugen, ohne die Anzahl der Leitungselektronen zu erhöhen, werden genannt Akzeptor(Verunreinigungen mit einer Wertigkeit kleiner als die des Haupthalbleiters).

Bei niedrigen Temperaturen sind Löcher die Hauptstromträger in einem Halbleiterkristall mit einer Akzeptorverunreinigung, und Elektronen sind nicht die Hauptträger. Halbleiter, bei denen die Konzentration von Löchern die Konzentration von Leitungselektronen übersteigt, werden Lochhalbleiter oder Halbleiter vom p-Typ genannt. Betrachten Sie den Kontakt zweier Halbleiter mit unterschiedlichen Leitfähigkeitstypen.

Durch die Grenzfläche dieser Halbleiter findet eine gegenseitige Diffusion der Majoritätsträger statt: Elektronen diffundieren vom n-Halbleiter in den p-Halbleiter und Löcher vom p-Halbleiter in den n-Halbleiter. Infolgedessen wird der an den Kontakt angrenzende Abschnitt des n-Halbleiters an Elektronen verarmt, und aufgrund des Vorhandenseins bloßer Fremdstoffionen bildet sich darin eine überschüssige positive Ladung. Die Bewegung von Löchern vom p-Halbleiter zum n-Halbleiter führt zum Auftreten einer überschüssigen negativen Ladung im Grenzbereich des p-Halbleiters. Dadurch wird eine doppelte elektrische Schicht gebildet und es entsteht ein elektrisches Kontaktfeld, das eine weitere Diffusion der Hauptladungsträger verhindert. Diese Schicht heißt Verriegelung.

Ein externes elektrisches Feld beeinflusst die elektrische Leitfähigkeit der Sperrschicht. Wenn die Halbleiter wie in Abb. 55, dann bewegen sich unter Einwirkung eines äußeren elektrischen Feldes die Hauptladungsträger - freie Elektronen im n-Halbleiter und Löcher im p-Halbleiter - aufeinander zu zur Grenzfläche der Halbleiter, während die Dicke des p-n Der Übergang nimmt ab, daher nimmt sein Widerstand ab. In diesem Fall wird die Stromstärke durch den Außenwiderstand begrenzt. Diese Richtung des äußeren elektrischen Feldes wird direkt genannt. Der direkte Anschluss des p-n-Übergangs entspricht Abschnitt 1 zur Strom-Spannungskennlinie (siehe Abb. 57).

Elektrische Stromträger in verschiedenen Medien und Strom-Spannungs-Kennlinien sind in der Tabelle zusammengefasst. eines.

Wenn die Halbleiter wie in Abb. 56, dann bewegen sich die Elektronen im n-Halbleiter und die Löcher im p-Halbleiter unter Einwirkung eines äußeren elektrischen Feldes von der Grenze in entgegengesetzte Richtungen. Die Dicke der Sperrschicht und damit ihr Widerstand nehmen zu. Bei dieser Richtung des externen elektrischen Feldes - der Umkehrung (Blockierung) passieren nur kleinere Ladungsträger die Grenzfläche, deren Konzentration viel geringer ist als die der Hauptladung, und der Strom ist praktisch Null. Die umgekehrte Einbeziehung des pn-Übergangs entspricht Abschnitt 2 zur Strom-Spannungs-Kennlinie (Bild 57).

Somit hat der p-n-Übergang eine asymmetrische Leitfähigkeit. Diese Eigenschaft wird in Halbleiterdioden genutzt, die einen einzigen p-n-Übergang enthalten und beispielsweise zur Gleichrichtung oder Erkennung von Wechselspannungen verwendet werden.

Halbleiter sind in der modernen elektronischen Technologie weit verbreitet.

Die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes von Halbleitermetallen von der Temperatur wird in speziellen Halbleiterbauelementen genutzt - Thermistoren. Als solche werden Bauelemente bezeichnet, die die Eigenschaft von Halbleiterkristallen nutzen, ihren elektrischen Widerstand bei Beleuchtung mit Licht zu ändern Fotowiderstände.

Elektrischer Strom im Vakuum

Bringt man zwei Elektroden in ein verschlossenes Gefäß und entfernt die Luft aus dem Gefäß, dann entsteht im Vakuum kein elektrischer Strom – es gibt keine elektrischen Stromträger. Der amerikanische Wissenschaftler T. A. Edison (1847-1931) entdeckte 1879, dass in einem Vakuumglaskolben ein elektrischer Strom entstehen kann, wenn eine der darin befindlichen Elektroden auf eine hohe Temperatur erhitzt wird. Das Phänomen der Emission freier Elektronen von der Oberfläche erhitzter Körper wird als thermionische Emission bezeichnet. Die Arbeit, die verrichtet werden muss, um ein Elektron von der Körperoberfläche freizusetzen, nennt man Austrittsarbeit. Das Phänomen der thermionischen Emission erklärt sich aus der Tatsache, dass mit zunehmender Körpertemperatur die kinetische Energie eines bestimmten Teils der Elektronen in der Substanz zunimmt. Wenn die kinetische Energie eines Elektrons die Austrittsarbeit übersteigt, kann es die Wirkung der Anziehungskräfte positiver Ionen überwinden und die Körperoberfläche im Vakuum verlassen. Der Betrieb verschiedener Elektronenröhren basiert auf dem Phänomen der thermionischen Emission.

Halbleiter- Dies ist ein Stoff, bei dem der spezifische Widerstand über einen weiten Bereich variieren kann und mit steigender Temperatur sehr schnell abnimmt, was bedeutet, dass die elektrische Leitfähigkeit (1 / R) zunimmt.
- beobachtet in Silizium, Germanium, Selen und in einigen Verbindungen.

Leitungsmechanismus Halbleiter

Halbleiterkristalle haben ein atomares Kristallgitter, in dem Außenelektronen durch kovalente Bindungen an benachbarte Atome gebunden sind.

Reine Halbleiter haben bei tiefen Temperaturen keine freien Elektronen und verhalten sich wie ein Dielektrikum.

Halbleiter sind rein (keine Verunreinigungen)

Wenn der Halbleiter rein ist (ohne Verunreinigungen), dann hat er es besitzen Leitfähigkeit, die klein ist.

Es gibt zwei Arten der Eigenleitung:

1 elektronisch(Leitfähigkeit "n" - Typ)

Bei niedrigen Temperaturen in Halbleitern sind alle Elektronen mit Kernen verbunden und der Widerstand ist groß; Mit zunehmender Temperatur steigt die kinetische Energie der Teilchen, die Bindungen brechen und freie Elektronen treten auf - der Widerstand nimmt ab.
Freie Elektronen bewegen sich entgegengesetzt zum Vektor der elektrischen Feldstärke.
Die elektronische Leitfähigkeit von Halbleitern beruht auf der Anwesenheit freier Elektronen.

2. perforiert(Leitfähigkeit "p"-Typ)

Bei einem Temperaturanstieg werden die kovalenten Bindungen zwischen Atomen zerstört, die von Valenzelektronen ausgeführt werden, und es entstehen Stellen mit einem fehlenden Elektron - ein "Loch".
Es kann sich durch den Kristall bewegen, weil. sein Platz kann durch Valenzelektronen ersetzt werden. Das Bewegen eines "Lochs" entspricht dem Bewegen einer positiven Ladung.
Das Loch bewegt sich in Richtung des elektrischen Feldstärkevektors.

Außer durch Erwärmung kann das Aufbrechen kovalenter Bindungen und das Auftreten von Eigenleitfähigkeit von Halbleitern durch Beleuchtung (Photoleitfähigkeit) und die Einwirkung starker elektrischer Felder verursacht werden.

Die Gesamtleitfähigkeit eines reinen Halbleiters ist die Summe der Leitfähigkeiten der Typen „p“ und „n“.
und wird Elektron-Loch-Leitfähigkeit genannt.

Halbleiter in Gegenwart von Verunreinigungen

Sie haben eigene + Verunreinigung Leitfähigkeit
Das Vorhandensein von Verunreinigungen erhöht die Leitfähigkeit stark.
Wenn sich die Konzentration von Verunreinigungen ändert, ändert sich die Anzahl der Träger des elektrischen Stroms - Elektronen und Löcher -.
Die Fähigkeit, den Strom zu steuern, liegt der weitverbreiteten Verwendung von Halbleitern zugrunde.

Existieren:

1)Spender Verunreinigungen (Abgabe)

Sie sind zusätzliche Elektronenlieferanten für Halbleiterkristalle, geben leicht Elektronen ab und erhöhen die Anzahl freier Elektronen in einem Halbleiter.
Das sind Dirigenten "n" - Typ, d.h. Halbleiter mit Donatorverunreinigungen, bei denen der Hauptladungsträger Elektronen und die Minorität Löcher sind.
Ein derartiger Halbleiter hat eine elektronische Verunreinigungsleitfähigkeit.

Zum Beispiel Arsen.

2. Akzeptor Verunreinigungen (Wirt)

Sie erzeugen "Löcher", indem sie Elektronen in sich aufnehmen.
Das sind Halbleiter "p" - Typ, diese. Halbleiter mit Akzeptorverunreinigungen, bei denen der Hauptladungsträger Löcher und die Minderheit Elektronen sind.
Ein derartiger Halbleiter hat eine Lochstörstellenleitfähigkeit.

Zum Beispiel Indium.

Elektrische Eigenschaften des "p-n"-Übergangs

"p-n"-Übergang(oder Elektron-Loch-Übergang) - die Kontaktfläche zweier Halbleiter, an der sich die Leitfähigkeit von elektronisch zu Loch (oder umgekehrt) ändert.

In einem Halbleiterkristall können solche Bereiche durch Einbringen von Verunreinigungen erzeugt werden. In der Kontaktzone zweier Halbleiter mit unterschiedlicher Leitfähigkeit findet eine gegenseitige Diffusion statt. Elektronen und Löchern und es wird eine blockierende elektrische Schicht gebildet.Das elektrische Feld der Blockierungsschicht verhindert den weiteren Durchgang vonElektronen und Löchern durch die Grenze. Die Sperrschicht weist im Vergleich zu anderen Bereichen des Halbleiters einen erhöhten Widerstand auf.

Zugriffsmodus pn-Übergang:

Mit der blockierenden (umgekehrten) Richtung des externen elektrischen Felds fließt der elektrische Strom nicht durch die Kontaktfläche der beiden Halbleiter.
Da Elektronen und Löcher bewegen sich von der Grenze in entgegengesetzte Richtungen, dann verdickt sich die Sperrschicht, ihr Widerstand steigt.

Sperrmodus pn-Übergang.

Halbleiter sind Substanzen, deren spezifischer Widerstand um ein Vielfaches geringer ist als der von Dielektrika, aber viel höher als der von Metallen. Die am weitesten verbreiteten Halbleiter sind Silizium und Germanium.

Das Hauptmerkmal von Halbleitern ist die Abhängigkeit ihres spezifischen Widerstands von äußeren Bedingungen (Temperatur, Beleuchtung, elektrisches Feld) und vom Vorhandensein von Verunreinigungen. Im 20. Jahrhundert begannen Wissenschaftler und Ingenieure, diese Eigenschaft von Halbleitern zu nutzen, um extrem kleine, komplexe Geräte mit automatisierter Steuerung wie Computer, Mobiltelefone und Haushaltsgeräte herzustellen.

Die Geschwindigkeit von Computern hat sich in etwa einem halben Jahrhundert ihres Bestehens millionenfach erhöht. Wenn sich im selben Zeitraum auch die Geschwindigkeit der Autos millionenfach erhöhen würde, dann würden sie heute mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit rasen!

Wenn in einem (nicht perfekten!) Moment die Halbleiter „sich weigerten“, dann würden die Bildschirme von Computern und Fernsehern sofort ausgehen, Mobiltelefone verstummen und künstliche Satelliten die Kontrolle verlieren. Tausende Industrien würden stillstehen, Flugzeuge und Schiffe würden abstürzen, ebenso wie Millionen von Autos.

Ladungsträger in Halbleitern

elektronische Leitfähigkeit. In Halbleitern „gehören“ Valenzelektronen zwei benachbarten Atomen. Beispielsweise hat in einem Siliziumkristall jedes Paar benachbarter Atome zwei "gemeinsame" Elektronen. Dies ist in Abbildung 60.1 schematisch dargestellt (hier sind nur Valenzelektronen dargestellt).

Die Bindung zwischen Elektronen und Atomen in Halbleitern ist schwächer als in Dielektrika. Daher reicht die Wärmeenergie einiger Valenzelektronen selbst bei Raumtemperatur aus, um sich von ihrem Atompaar zu lösen und zu Leitungselektronen zu werden. In einem Halbleiter gibt es also negative Ladungsträger.

Die Leitfähigkeit eines Halbleiters aufgrund der Bewegung freier Elektronen wird als elektronisch bezeichnet.

Lochleitung. Wenn ein Valenzelektron zu einem Leitungselektron wird, gibt es einen Platz frei, an dem eine unkompensierte positive Ladung entsteht. Diese Stelle wird Loch genannt. Ein Loch entspricht einer positiven Ladung, die im absoluten Wert der Ladung eines Elektrons entspricht.