Strom aus Licht - Institut für naturwissenschaftliche Grundlagen

Kapitel 3: Physik der Halbleiter 25
Löcher bedeutet mikroskopisch eine neue Möglichkeit zur Fortbewegung von Elektronen
("Hüpfen von Loch zu Loch"). Da mit der Wanderung eines Lochs die Wanderung eines positiv
geladenen Gebiets verbunden ist, nennt man Halbleiter mit (beweglichen) Löchern p-Halbleiter.
Übrigens: Das Dotieren geschieht, indem man geeignetes Gas, etwa BH 3 , über die stark
aufgeheizten Si-Kristalle strömen lässt. Dann dringen die Boratome durch Diffusion ein und
erzeugen einen p-Halbleiter. Mehr dazu im Additum 1.
Merken Sie sich die folgenden Punkte:
• Die gezielte Substitution eines geringen Bruchteils (ca.1/100'000) der Halbleiteratome
durch Atome eines anderen Elements nennt man Dotierung.
• Mit fünfwertigen Atomen dotierte Halbleiter heissen n-Halbleiter, da durch die Dotierung
negative, bewegliche Ladungsträger zugeführt wurden.
• Mit dreiwertigen Atomen dotierte Halbleiter heissen p-Halbleiter, da durch die Dotierung
positive, bewegliche Ladungsträger, die Löcher, erzeugt wurden.
3.5 Der p-n-Übergang
Was geschieht, wenn man die eine Hälfte eines Siliziumkristalls durch Einbau von dreiwertigen
Fremdatomen zum p-Halbleiter, die andere Hälfte durch Einbau von fünfwertigen
Fremdatomen zum n-Halbleiter macht? Was geschieht an der Grenzfläche zwischen beiden
Gebieten? - Werfen Sie einen Blick auf Fig. 3.5.
Infolge der Wärmebewegung dringen Elektronen aus dem n-Teil in den p-Teil des Halbleiters
ein. Sie kennen diesen Prozess (Diffusion) vom Verteilen der Parfum-Moleküle. Im p-Teil
werden die Elektronen von den positiv geladenen Löchern angezogen. Ein Elektron füllt ein
Loch - und beide sind als bewegliche Ladungen nicht mehr vorhanden! Man nennt diesen Vorgang
Rekombination. Jede Rekombination verringert die Anzahl der freien Ladungsträger um ein
Elektron und ein Loch.
Ebenso diffundieren auch Löcher in den n-Teil und rekombinieren mit den Elektronen. Nahe
der Grenzfläche verschwinden also im p-Teil die Löcher und im n-Teil die Donator-Elektronen.
Beidseits der Grenzfläche sind keine beweglichen Ladungsträger mehr vorhanden. Es entsteht
eine dünne Schicht praktisch ohne bewegliche Ladungsträger. Man nennt sie die Verarmungszone.
Sie ist etwa 1mm = 1/1000 mm breit.
Das Eindringen von Elektronen in den p-Teil, bzw. von Löchern in den n-Teil, hat noch
etwas anderes zur Folge: In der Verarmungszone ist die Ladungsbilanz nicht mehr ausgeglichen.
Die abgewanderten Elektronen hinterlassen im ursprünglich elektrisch neutralen n-Teil eine
dünne Schicht mit einem Überschuss an positiver Ladung. Im p-Teil entsteht entsprechend ein
negativer Ladungsüberschuss (siehe Fig. 3.5).
Die beiden entgegengesetzt geladenen Schichten erzeugen ähnlich wie beim Plattenkondensator
eine elektrische Kraft und ein von der n- zur p-Seite gerichtetes elektrisches Feld E.
ETH-Leitprogramm Physik
Strom aus Licht