Yb Pt Si - Type Yb Pt Si - Type

4.2. HALBLEITER 183Am unteren Bandrand ist die Krümmung ∂ 2 E/∂k 2 i.A. stärker als bei der freien Parabel.Dementsprechend ist m eff kleiner als die freie Masse m. Bei höheren Energien istim schematischen Bild, Abb. 4.4, die ursprüngliche Parabel fast erhalten geblieben, es wirdm eff ≈ m. Dann aber folgt vielfach ein Wendepunkt von E(k). Dort ist die Krümmung Null,also m eff = ∞. Ganz oben im Band schlägt m eff auf negative Werte um. Solche Elektronenbeschleunigen sich in Gegenrichtung zur wirkenden Kraft.Wenn das Band fast bis zum oberenRand gefüllt ist, spricht man von unbesetztenZuständen in diesem Band, denDefektelektronen oder Löchern. Sie verhaltensich in jeder Hinsicht entgegensetztwie das dort fehlende Elektron, das dorthingehört: die effektive Masse ändert mit∂ 2 E/∂k 2 ebenfalls ihr Vorzeichen, d.h. dieLöcher am oberen Bandrand haben wiederpositive Masse. Ein Loch, gezogen vonder positiven Kraft eE, beschleunigt sichim normalen Sinn, ein Elektron mit positivereffektiver Masse, gezogen von der negativenKraft −eE, ebenfalls. Beide lieferneinen positiven Beitrag zum Strom. Wiegroß diese Beiträge sind, hängt natürlichvon den Konzentrationen und Beweglichkeitender Elektronen und Löcher ab.4.2 HalbleiterAbbildung 4.7: Bänderschema (von links nachrechts) einen Isolator (z.B. Diamant); ein Metall(z.B. Alkali-Elemente); ein Halbmetall (z.B.Wismut)Die Informationstechnik hat heute die Energietechnik an Umfang und Bedeutung weitüberholt. Sie lebt von den Halbleitern, die in der folgenden Sektion kurz besprochen werden.4.2.1 Reine HalbleiterDie meisten Halbleiter sind binäre Verbindungen aus einem p-wertigen und einem (8 − p)-wertigen Element. Man klassifiziert sie nach den Wertigkeiten bzw. nach den Spalten desPeriodensystems, aus denen die Elemente stammen. ZnS ist ein II-VI-Halbleiter, GaAs istein III-V Halbleiter, SiC ist ein IV-IV Halbleiter; ähnlich wie SiC verhalten sich reines Si undGe. Wichtig sind außerdem Metalloxyde wie Cu 2 O, die nicht in diese Klassifikation fallen.Das Schema der Energiezustände für Elektronen in reinen Halbleitern ist sehr einfach:Ein Valenzband ist vom Leitungsband getrennt durch eine verbotene Zone der Breite E 0 . Diesbestimmt die elektrischen und optischen Eigenschaften. Leitungselektronen können thermisch(durch Phonon-Elektron Stoß) oder optisch (durch Photon-Elektron Stoß, manchmalunter Mitwirkung von Phononen) angeregt, d.h. über die verbotene Zone gehoben werden.Im Leitungsband seien n Elektronen/m 3 , im Valenzband ebenfalls so viele Löcher/m 3 . Wirschreiben die Raten von Anregung und Rekombination auf, d.h. die Anzahl gehobener bzw.