Strom aus Licht - Institut für naturwissenschaftliche Grundlagen

Kapitel 3: Physik der Halbleiter 21
Im Unterschied zu den Halbleitern ist bei den Isolatoren der Energieaufwand zu gross, um
bei Zimmertemperatur Valenzelektronen vorübergehend in einen beweglichen Zustand zu
"stossen". Trotz der "Zitterbewegung" der Atomrümpfe bei Zimmertemperatur bleibt der
elektrische Widerstand etwa eine Million mal grösser als bei reinen Halbleitern.
1.633
109.5
1
0.9428
0.3333
0.4714
Figur 3.2: Räumliche Anordnung der Atome in Silizium, Germanium und Diamant (Diamantstruktur).
Die einzelnen Atome sitzen an den Ecken und in den Zentren von periodisch angeordneten
Tetraedern. Dies bedeutet, dass jedes Atom vier nächste Nachbarn hat. Diese bilden jeweils
gerade ein solches Tetraeder. Wie schon in Fig. 3.1b) schematisch dargestellt, besteht zu
den vier nächsten Nachbarn eine Elektronenpaarbindung.
In Figur 3.2 sehen Sie links die Situation innerhalb eines Tetraeders. Rechts die Anordnung der
Tetraeder. Die Schicht der helleren Tetraeder liegt auf den Spitzen der darunterliegenden Schicht
von dunkler dargestellten Tetraedern. Die beim Tetraeder eingetragen Zahlen sollen gewisse
Längenverhältnisse im Tetraeder verdeutlichen.
Fig. 3.1 b) ist also eine zweidimensionale schematische Darstellung der realen, dreidimensionalen
Situation. Diese ist in Figur 3.2 wiedergegeben. Generell spricht man bei allen Kristallen,
in denen die räumliche Anordnung der Atome jener im Diamant entspricht, von einer
Diamantstruktur.
Merken Sie sich die folgenden Punkte:
• Ein Metall wird durch die frei beweglichen Leitungs-Elektronen zusammengehalten.
• Im Halbleiter werden die Atomrümpfe durch ortsfeste Valenzelektronenpaare zu ihren
vier nächsten Nachbarn gebunden.
• Im Halbleiter gibt es bei Zimmertemperatur nur etwa ein freies Elektron pro 10 9 Atome.
Diese Zahl nimmt mit wachsender Temperatur sehr rasch zu und bewirkt einen abnehmenden
Widerstand.
ETH-Leitprogramm Physik
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