Versuch: "Diode, Transistor, Thyristor"

Diode, Transistor, Thyristor
beobachtet werden, als man Halbleiterkristalle höchster Reinheit herstellen konnte. Verunreinigungen
überdecken nämlich diesen Effekt, wie im folgenden veranschaulicht werden soll.
1.3 Störstellenleitung in Halbleitern
Die Leitfähigkeit von Halbleitern kann um viele Größenordnungen dadurch gesteigert werden,
dass man das Material durch die Zugabe von Fremdatomen "verunreinigt". Das nennt man
Dotieren. Dabei werden entweder fünfwertige Atome wie z.B. Antimon oder dreiwertige wie
z.B. Indium in das Wirtsgitter eingebaut. Technisch geschieht das beispielsweise durch Legieren
oder Eindiffundieren des Dotierstoffes.
Es soll zunächst der Leitungsvorgang infolge Dotierung mit fünfwertigen Störstellen betrachtet
werden (Bild 3). Ein Valenzelektron des Störatoms bleibt ohne Bindung im Kristallgitter
und steht daher als freier Ladungsträger zur Verfügung. Eine solche Störstelle bezeichnet man
daher als Donator. Das Donatoratom wird, nachdem es sein Elektron abgegeben hat, zu einem
positiv geladenen Ion. Den mit Donatoren dotierten Halbleiter nennt man einen n-Leiter. Ein
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typischer Wert sind 10 Donatoratome je cm , sodass zur Störstellenleitung wesentlich mehr
Elektronen zur Verfügung stehen, als zur Eigenleitung. Andererseits entspricht dieser Dotierungsgrad
einem Fremdatom auf etwa 10 Atomen des Wirtsmaterials. Die Reinheitsanforde-
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rungen an den Halbleiterkristall sind also nach wie vor extrem hoch.
Bild 3: Störstellenleitung im Si-Kristall durch Dotieren mit Sb
In Bild 4 wird der Leitungsvorgang infolge Dotierung mit dreiwertigen Störstellen skizziert.
Dem Fremdatom fehlt dann jeweils ein Valenzelektron, um die Bindungen zu den benachbarten
Atomen abzusättigen. In diese Bindungslücke kann dann aus einer vollständigen Bindung
(bei geringer Energiezufuhr z.B. durch Erwärmung) ein Bindungselektron nachrücken, wodurch
dort ein Loch entsteht. Eine solche Störstelle bezeichnet man dann als Akzeptor. Das
Akzep- toratom wird zu einem negativ geladenen Ion. Das Loch kann im Kristallverband genauso
wandern, wie es schon bei der Eigenleitung beschrieben wurde. Man bezeichnet das
Halbleitermaterial jetzt als p-Leiter. (Mit n und p werden in der Literatur gewöhnlich Elektronen
und Löcher bezeichnet.)
Bild 4: Störstellenleitung im Si-Kristall durch Dotieren mit In
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