Elektrodynamik und Optik - Fachbereich Physik der Universität ...

Elektrodynamik 97
Verarmungszone.
Nebenstehend ist die Strom-Spannungs-
Kurve einer (Halbleiter-) Diode zu sehen:
In Sperrrichtung (neg. U) fließt kein
Strom (I=0), in Flussrichtung nimmt der
Strom nicht-linear zu.
Leuchtdioden (LEDs = light-emitting
diodes): Bei manchen Materialien wird
die Energie, die bei der Rekombination
von Ө mit ⊕ bei Betrieb in Flussrichtung
frei wird, als Licht abgegeben. Diese Art
der Lichterzeugung ist sehr effizient, da
anders als bei konventionellen
Glühlampen nur wenig Energie in Wärme
überführt wird.
Es gibt viele weitere wichtige Bauelemente, v.a. Transistoren (‚Doppeldiode’) als
Verstärker.
5.9 Thermische Effekte in Leitern
5.9.1 Erzeugung einer Thermospannung als Folge des Seebeck-Effektes
Die Elektronen füllen das oberste besetze Band eines metallischen Leiters, das
sog. Valenzband, vollständig auf (wie Wasser einen See) (s. a. V06). Die Energie
an der oberen Kante dieses Bandes (d.h. der Wasserpegel) entspricht bei
Metallen der sog. Fermi-Energie EF (Enrico Fermi, ital. Physiker, 1901 – 1954).
(Bei Isolatoren, Eigenhalbleitern (d.h. nicht-dotierten Halbleitern wie reinem
Silizium) und Metallen beschreibt EF die Energie, die genau zwischen Valenz-
und Leitungsband liegt.) EF ist für jedes Material eine charakteristische Größe.
Werden nun zwei Metalle mit unterschiedlichen Fermi-Energien EF,1 und EF,2 in
Kontakt gebracht, dann purzeln Elektronen aus dem Material mit der höheren EF
ins Material mit der kleineren EF (wie Wasser aus einem See mit höherem
Wasserstand in einen See mit niedrigerem Wasserstand fließen würde). Die
dabei frei werdende Energie wird i.d.R. als Wärme abgegeben. Da es sich
allerdings bei Elektronen um geladene Teilchen handelt, lassen sie positive
Metallatomrümpfe zurück, die ein elektrisches Feld aufbauen, das eine
rücktreibende Kraft auf die ins niedrigere EF –Niveau purzelnden Elektronen
ausübt. Irgendwann wird dieses Feld und seine rücktreibende Kraft die Kraft des
EF –Gefälles gerade kompensieren, d.h. keine weiteren Elektronen können das
Metall mit der höheren EF mehr verlassen. Das zu diesem Feld gehörende
Potenzial wird auch Kontaktpotenzial UKontakt oder Volta-Potenzial genannt. In
diesem Gleichgewicht liegt die neue Fermi-Energie EF, Kontakt des kombinierten
Systems (irgendwo) zwischen denen der beiden isolierten Metalle.
E2.32 thermoel. Strom