n-Typ-Halbleiter
Halbleiter im Allgemeinen
Halbleiter sind anorganische oder organische Materialien, die ihre Leitfähigkeit abhängig von der chemischen Struktur, der Temperatur, der Beleuchtung und der Anwesenheit von Dotierungsmitteln steuern können. Der Name „Halbleiter“ rührt daher, dass diese Materialien eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, die zwischen der eines Metalls, wie Kupfer oder Gold, und eines Isolators, wie Glas, liegt. Sie haben eine Energielücke von weniger als 4eV (etwa 1eV). In der Festkörperphysik ist diese Energielücke oder Bandlücke ein Energiebereich zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband, in dem Elektronenzustände verboten sind. Im Gegensatz zu Leitern müssen die Elektronen in Halbleitern Energie (z.B. aus ionisierender Strahlung) aufnehmen, um die Bandlücke zu überwinden und das Leitungsband zu erreichen. Die Eigenschaften von Halbleitern werden durch den Energieabstand zwischen Valenz- und Leitungsband bestimmt.
Arten von Halbleitern
Halbleiter lassen sich in zwei grundlegende Typen einteilen, basierend auf ihren elektronischen Eigenschaften:
Intrinsische Halbleiter:
Dies sind reine Halbleiter aus einem einzelnen Element (z.B. Silizium, Germanium) ohne absichtliche Dotierung mit Fremdatomen. Intrinsische Halbleiter haben eine bestimmte Anzahl von Elektronen in ihrem Valenzband und Leitungsband. Sie leiten Strom, wenn sie erhitzt werden, und einige Elektronen gewinnen genügend Energie, um ihre Bindungen zu lösen und freie Elektronen im Leitungsband zu werden.
Extrinsische Halbleiter:
Dies sind unreine Halbleiter, die absichtlich mit Fremdatomen dotiert werden, um ihre elektronischen Eigenschaften zu verändern. Extrinsische Halbleiter können weiter in zwei Typen unterteilt werden:
p-Typ-Halbleiter:
In p-Typ-Halbleitern werden Fremdatome wie Bor in das Halbleitermaterial eingeführt. Diese Fremdatome haben weniger Valenzelektronen als das Halbleitermaterial, wodurch „Löcher“ (Fehlen von Elektronen) im Valenzband entstehen. Diese Löcher können wie positive Ladungsträger Strom leiten, was dem Material seine p-Typ-Bezeichnung gibt.
n-Typ-Halbleiter:
In n-Typ-Halbleitern werden Fremdatome wie Phosphor in das Halbleitermaterial eingeführt. Diese Fremdatome haben mehr Valenzelektronen als das Halbleitermaterial, was zu einem Überschuss an Elektronen im Leitungsband führt. Diese überschüssigen Elektronen können wie negative Ladungsträger Strom leiten, was dem Material seine n-Typ-Bezeichnung gibt.
Tabellarische Übersicht einiger Halbleiter
Hier ist eine Tabelle mit 3 intrinsischen Halbleitern und je 2 p-Typ- und n-Typ-Halbleitern, zusammen mit 4 wichtigen Eigenschaften:
| Semiconductor | Type | Band Gap (eV) | Electron Mobility (cm²/Vs) | Hole Mobility (cm²/Vs) | Thermal Conductivity (W/mK) |
|---|---|---|---|---|---|
| Silizium (Si) | Intrinsisch | 1.12 | 1500 | 450 | 150 |
| Germanium (Ge) | Intrinsisch | 0.67 | 3900 | 1900 | 60 |
| Galliumarsenid (GaAs) | Intrinsisch | 1.43 | 8500 | 400 | 46 |
| Bor-dotiertes Silizium (p-Si) | p-Typ | 1.12 | 1500 | 1800 | 150 |
| Phosphor-dotiertes Silizium (n-Si) | n-Typ | 1.12 | 1500 | 4500 | 150 |
| Aluminium-dotiertes Galliumarsenid (p-GaAs) | p-Typ | 1.43 | 8500 | 200 | 46 |
| Silizium-dotiertes Galliumarsenid (n-GaAs) | n-Typ | 1.43 | 8500 | 800 | 46 |
