Login:
Gast
Logout
BILDUNG • INFORMATIK • EVENT
 

 

Elektrotechnik

Halbleiterphysik



 

Einleitung

Bild vergrössern?

Der Halbleiter-Werkstoffe nimmt hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit eine Mittelstellung zwischen den metallischen Leitern und Isolatoren ein. Eine Abgrenzung zu den Isolatoren ist nicht prinzipieller Natur, sondern wird häufig nach Zweckmässigkeit vorgenommen.

Obwohl erste Versuche vor mehr als einhundert Jahren statt gefunden haben, konnte sich die Entwicklung der Halbleitertechnik erst in den 50er Jahren etablieren, nachdem die Grundlagenforschung zwei wichtige Voraussetzungen erschaffen hatte:
  • Die Herstellung von nahezu perfekten Einkristalle mit höchster Reinheit.
  • Das Verständnis der Halbleiter über das Bändermodell der Elektronen im Kristallgitter.
Im vorliegenden Kapitel werden zunächst allgemeine Merkmale und verschiedene Typen von Halbleitern angesprochen, anschliessend werden die Eigenschaften der Eigenleitung erörtert. Im Abschnitt Störstellenleitung wird die gezielte Beeinflussung der Leitfähigkeit durch Einlagerung von Fremdatomen besprochen. Auf der "Dotierung" beruht letztlich der Einsatz von Halbleitern in der modernen Elektronik.
Bild: Auf den Wafern befinden sich zwischen 300 und 2'000 Halbleiter (Infineon)
 

Geschichte

Bild vergrössern?

JahrBeschreibung
1727 Stephen Gray entdeckte den Unterschied zwischen Leiter und Nichtleiter.
1874 Ferdinand Braun entdeckte den Gleichrichtereffekt.
1906 Greenleaf Whittier Pickard patentiert eine auf Silicium basierende Spitzendiode zur Demodulation eines Detektorempfängers.
1925 Julius Edgar Lilienfeld meldet das Patent zum Prinzip des FET-Transistors an.
1939 Walter Schottky konnte die theoretische Grundlage zur Spitzendiode liefern. Nach ihm wurde die Schottky-Diode benannt.
1947 Wissenschaftler von Bell Laboratories realisierten mit 2 Metalldrahtspitzen auf ein Germaniumplättchen den ersten Spitzentransistor (Bipolar-Transistor).
1954 Eberhard Spenke gelang die Herstellung von hochreinem Silicium. Es ist der Durchbruch von Silicium als Halbleitermaterial.
Bild: Erster Transistor mit goldbeschichteter Kunststoffspitze auf eine Germaniumplatte.
 

Hinweis!

Den uneingeschränkten Zugang auf die Autotechnik-Seiten erhalten Sie für
Fr. 80.-/Jahr (Lernende Fr. 30.-/Jahr mit Ausweis).

Haben Sie Interesse?

Dann sofort registrieren und für 24 Stunden freien Zugang bekommen!

Bei der Registrierung werden Ihnen per Mail die Zahlungsdaten zugestellt.

Anmeldung für Mitglieder Home  zurück

Zusammenfassung

Grundlagen zur Halbleiterphysik und deren Werkstoffe.

Unter einem Halbleiter wird ein Stoff verstanden, dessen elektrisches Leitvermögen zwischen dem von Isolatoren und dem von Leitern liegt. Technisch wichtige Halbleiter sind Silicium, Germanium, Selen und Tellur, sowie zahlreiche Verbindungen aus Elementen der III. und V. Gruppe. Aber auch die II. und IV. Gruppe vom Periodensystem der Elemente, wie Galliumarsenid GaAs oder Indiumphosphat InP.
Die elektrische Leitfähigkeit oder als Kehrwert, der spezifische elektrische Widerstand, hängt stark von der stofflichen Zusammensetzung und den gegebenen Bedingungen ab.

Ein Stromfluss im Halbleiter ist erst möglich, wenn die folgenden Voraussetzungen gegeben sind:
  • Es müssen frei bewegliche (wanderungsfähige) Ladungsträger vorhanden sein:
    In Halbleitern handelt es sich um Elektronen und Defektelektronen, die in unterschiedlicher Weise freigesetzt werden können.

  • Es muss im betreffenden Raumbereich ein elektrisches Feld existieren.
    Das wird mit einer angelegten elektrischen Spannung erreicht.
Ein Stromfluss in Halbleitern ist erst möglich, wenn
  • sich Elektronen bzw. Defektelektronen (Löcher) unter dem Einfluss des elektrischen Feldes in eine bestimmte Richtung bewegen.
  • sich die gerichtete Bewegung der Elektronen und Defektelektronen durch die anderen Teilchen des Stoffes nicht zu stark behindern lassen.
Dabei können sehr unterschiedliche Effekte auftreten, wie die Abgabe von Wärme oder Strahlungen.  

Quellen

Halbleitertechnologie von A bis Z Vom Elektron zur Elektronik Chemie.de Lexikon Wikipedia

 

Literatur

  • Werkstoffe der Elektrotechnik, Waldemar von Münch, Teubner Verlag, ISBN: 978-3-8351-0052-7
  • Elektrotechnische Grundlagen - Elektronik 1, Heinz Meister, Vogel Buchverlag, ISBN: 978-3-8343-32
  • Bauelemente - Elektronik 2, Klaus Beuth, Vogel Buchverlag, ISBN: 3-8023-1438-7
  • Elektronik im Kfz, Hamann, Lindemann, Kieser-Verlag, ISBN: 3-8242-4267-2
  • Moeller Grundlagen der Elektronik, Harrihausen, Schwarzenau, Springer Vieweg, ISBN: 978-3-8348-1785-3
  • Chemie für den Maschienenbau 1, Tarsilla Gerthsen, Uni-Verlag Karlsruhe, ISBN: 978-3-86644-079-1
Schlagwörter
Halbleiterphysik - Einleitung - Geschichte - Halbleiter Werkstoffe - Chemische Einteilung - Atom - Helium - Kupfer - Silizium - Leitfähigkeit - Anwendungsbereich - Reinheitsgrad - Energiebändermodell - Merksätze - Eigenleitung - Rekombination - Temperaturverhalten - Störstellenleitung - n-Leiter - p-Leiter - Donatoren - Akzeptoren - Elektronenspender - Majoritätsträger - Minoritätsträger - Defektelektron - Ferdinand Braun - Bell Laboratories - Walter Schottky - Eberhard Spenke - Einkristall - Monokristall - Proton - Neutron - Leitungselektron - Wertigkeit - Kristallzüchtung - Elektronengas - Valenzband - Leitungsband - Bandlücke - Isolator - Elektronenleitung - Löcherleitung - Germanium - Galliumarsenid - Dotieren - Arsen - Bor - Indium - Phosphor - Antimon

Valid XHTML 1.0 Transitional

Aktualisierung 31.03.2015 12:41
aktualisiert: 2014-04-30