Aufbau eines Teststandes zur Integration von Silizium ...

8 Kapitel 2. Silizium-Streifendetektoren
Energie
Leitungsband
Donatorniveau
Akzeptorniveau
Verbotene
Zone
Valenzband
Abbildung 2.1: Schematische Darstellung des Bändermodells.
Es wirkt somit wie ein positive Ladung und man spricht von Löcherleitung.
Bei einem Isolator ist die verbotene Zone so groß, dass bei Raumtemperatur
fast keine freien Ladungsträgerpaare erzeugt werden können. Materialien, die
bei der Zuführung einer bestimmten Mindestenergie leitend werden, bezeichnet
man als Halbleiter. 1 Diese Mindestenergie, die vom Abstand zwischen dem höchsten
Energieniveau des Valenzbandes und dem niedrigsten des Leitungsbandes
abhängt, beträgt bei Silizium 1,12 eV. Da aber die Elektronen auf der niedrigsten
Energiestufe des Leitungsbandes einen größeren Impuls besitzen als die Löcher
auf der höchsten Stufe des Valenzbandes, muss einem Elektron zusätzlich
dieser Impuls mitgegeben werden, wenn ein Übergang zwischen diesen beiden
Niveaus stattfinden soll. Stoffe mit dieser Eigenschaft nennt man indirekte Halbleiter.
Dadurch beträgt die zur Erzeugung eines Elektron-Loch-Paares benötigte
Mindestenergie bei Silizium 3,6 eV.
2.1.2 Dotierung von Halbleitern
Als Dotierung bezeichnet man die gezielte Verunreinigung eines Halbleiterkristalles
mit Fremdatomen. Besetzt man einen Platz im Kristallgitter mit einem Atom
einer höheren Hauptgruppe, so hat dieses mehr Valenzelektronen, von denen die
überzähligen nicht an den kovalenten Atombindungen beteiligt sind. Diese können
bereits durch geringe Energiezufuhr entfernt werden, so dass sie im Kristall
frei beweglich sind. Im Bändermodell entsprechen dieser Dotierung zusätzliche
Energieniveaus, die sich unterhalb des Leitungsbandes befinden und Donatorniveaus
genannt werden (vgl. Abb. 2.1). Die Energielücke zwischen den Donatorniveaus
und dem Leitungsband ist wesentlich geringer als zwischen Valenz- und
Leitungsband, wodurch bereits eine geringere Energie ausreicht, um ein Elektron
ins Leitungsband zu bringen. Man spricht von n-Dotierung.
Entsprechend kann man einen Halbleiter auch mit Atomen mit weniger Valenzelektronen
dotieren. Dieser Vorgang heißt p-Dotierung. In diesem Fall kann sich
1 Die Unterscheidung zwischen Isolatoren und Halbleitern ist eine Definitionssache und hängt
von der Höhe der festgelegten Mindestenergie ab.