Arten von Halbleitern
Halbleitermaterialien sind sowohl in der organischen als auch in der anorganischen Form vorhanden und spielen eine entscheidende Rolle in der modernen Elektronik. Sie zeichnen sich durch eine elektrische Leitfähigkeit aus, die zwischen der eines Metalls und eines Isolators liegt, und diese Leitfähigkeit kann durch verschiedene Faktoren wie chemische Struktur, Temperatur, Beleuchtung und Dotierung beeinflusst werden. Der charakteristische Energieabstand (Bandlücke) dieser Materialien beträgt weniger als 4eV (ca. 1eV).
Intrinsische Halbleiter
Die intrinsischen oder reinen Halbleiter bestehen aus einem einzelnen Element, wie Silizium oder Germanium, ohne absichtliche Dotierung mit Fremdatomen. Sie leiten Strom, wenn sie erhitzt werden und einige Elektronen genügend Energie erhalten, um sich von ihren Bindungen zu lösen.
Extrinsische Halbleiter
Extrinsische Halbleiter sind absichtlich mit Fremdatomen dotiert, um ihre elektronischen Eigenschaften zu verändern. Sie werden in zwei Typen unterteilt:
- p-Typ-Halbleiter: Hier werden Atome wie Bor in das Halbleitermaterial eingeführt, wodurch Löcher in der Valenzschicht entstehen, die wie positive Ladungsträger Strom leiten können.
- n-Typ-Halbleiter: Diese enthalten Atome wie Phosphor, die mehr Valenzelektronen als das Halbleitermaterial haben und somit einen Überschuss an Elektronen in der Leitfähigkeitszone erzeugen.
Beispiele und Eigenschaften von Halbleitern
| Semiconductor | Type | Band Gap (eV) | Electron Mobility (cm2/Vs) | Hole Mobility (cm2/Vs) | Thermal Conductivity (W/mK) |
|---|---|---|---|---|---|
| Silicon (Si) | Intrinsic | 1.12 | 1500 | 450 | 150 |
| Germanium (Ge) | Intrinsic | 0.67 | 3900 | 1900 | 60 |
| Gallium Arsenide (GaAs) | Intrinsic | 1.43 | 8500 | 400 | 46 |
| Boron-doped Silicon (p-Si) | p-type | 1.12 | 1500 | 180 | 150 |
| Phosphorus-doped Silicon (n-Si) | n-type | 1.12 | 1500 | 450 | 150 |
Spezifische Halbleitermaterialien
Die bekanntesten Halbleitermaterialien sind Silizium und Germanium. Silizium, ein tetravalentes Metalloid, wird häufig in Partikeldetektoren und für weiche Röntgendetektoren verwendet. Germanium eignet sich aufgrund seiner höheren Atomnummer besser für die Gamma-Spektroskopie als Silizium. Diamant, ein weiterer Halbleiter mit einer großen Bandlücke, zeigt großes Potenzial für elektronische Geräte aufgrund seiner hohen Strahlungsfestigkeit. Cadmiumtellurid (CdTe) und Cadmiumzinktellurid (CdZnTe) sind vielversprechende Materialien für die Erkennung von harten Röntgenstrahlen und Gammastrahlen, die traditionelle Siliziumsensoren nicht erfassen können.
