Strom aus Licht - Institut für naturwissenschaftliche Grundlagen

Kapitel 3: Physik der Halbleiter 18
Lernziele
1. Sie können die wichtigen Unterschiede zwischen Metallen, Halbleitern und
Isolatoren auf die Unterschiede im Verhalten der Elektronen in diesen drei Kategorien
zurückführen.
2. Sie wissen was p- und n-Halbleiter sind und können jemandem, der eine Ahnung
vom Atombau hat, die Leitungsmechanismen beschreiben.
3. Sie kennen die Situation an der Grenzschicht zwischen einem p- und einem n-
Halbleiter. Sie können anhand einer Skizze erklären, warum vom p- zum n-
Halbleiter leicht ein Strom in Gang gesetzt werden kann, in die Gegenrichtung
hingegen kaum.
3.1 Metalle, Halbleiter, Isolatoren: makroskopisch
Beispiele für Metalle kennen Sie bereits aus dem Alltag. Eisen, Aluminium, Kupfer, Silber,
Gold usw. Auch ist Ihnen bekannt, dass sie gute elektrische Leiter sind. Ebenso ist Ihnen auch
der Begriff Isolator vertraut. Isolatoren leiten den elektrischen Strom praktisch nicht. Beispiele
hierfür sind: Glas, Keramik, Gummi, die Mehrzahl der Kunststoffe wie Plexiglas, PVC, Teflon
usw. Zwischen der Gruppe der Metalle und der Gruppe der Isolatoren gibt es noch eine weitere,
die der Halbleiter. Reine Halbleiter leiten den elektrischen Strom mindestens 10'000 schlechter
als Kupfer. Typische Halbleiter sind Silizium (Si) und Germanium (Ge). Sie finden diese beiden
Elemente in der 4. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente. Die meisten
Halbleiterbauteile sind heute aus Silizium. Immer mehr werden auch 1:1-Verbindungen von
Elementen aus der 3. und der 5. Hauptgruppe untersucht und eingesetzt, beispielsweise GaAs
(Gallium-Arsenid), InP (Indium-Phosphid). Halbleiter besitzen im Mittel vier Valenzelektronen
(Elektronen in der äussersten Schale, für die chemische Bindung verantwortlich).
Die Halbleiter unterscheiden sich aber nicht nur durch ihren elektrischen Widerstand von den
Metallen. Vielleicht wissen Sie bereits, dass bei den Metallen der elektrische Widerstand mit
steigender Temperatur zunimmt. Bei Halbleitern ist es gerade umgekehrt! Der elektrische Widerstand
nimmt mit zunehmender Temperatur ab.
Aufgabe 3.1
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Zur Repetition der Begriffe "Ladung" und "Stromstärke":
Durch Ihre 100 W-Schreibtischlampe fliesst ein Strom von ca. 0.5 A.
Wieviele Elektronen fliessen durch den Glühdraht der Lampe, wenn Sie
eine Stunde (an diesem Leitprogramm) arbeiten?
ETH-Leitprogramm Physik
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