Best Of Elektornik
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1. Grundbegriffe

1.1 Energiebänder

Die Stromleitung in Festkörpern erfolgt durch bewegliche Ladungsträger, im Allgemeinen Elektronen. Obwohl alle Atome Elektronen enthalten ist die Leitfähigkeit verschiedener Stoffe sehr unterschiedlich. Dafür ist die Energiesituation von Elektronen verantwortlich.

Elektronen umkreisen den Atomkern auf so genannten Schalen.

Energieschalen, Energiebänder

In Festkörper entspricht jeder Schale ein Bereich von möglichen Energiewerten für die Elektronen auf dieser Schale. Diese Energiebereiche werden als Energiebänder bezeichnet.ω<0.

1.2 Valenzband

Die Elektronen der äußersten Schale heißen Valenzelektronen.
Ihr Energieband heißt Valenzband.

1.3 Leitungsband

Nächst höheres Energieband
Elektronen mit diesen Energiewerten sind frei im Festkörper beweglich.
Sie werden als Leitungselektronen bezeichnet und sind für die Elektronische Leitfähigkeit eines Stoffes verantwortlich.

1.4 Verbotene Energie

Zwischen den Energiebändern liegen Energiewerte, die Elektronen nicht stabil annehmen können.

1.5 Stromleitung in Festkörpern

Sind in einem Festkörper freibewegliche Elektronen vorhanden (Leitungselektronen), so werden sie bei Anlegen einer elekt. Spannung durch die Feldstärke E gleichmäßig beschleunigt.

Kraft gleich Masse mal Beschleunigung

Stromleitung in Festkörpern

Sie stoßen allerdings immer wieder in Gitteratome und werden dabei abgebremst.

  • Isolatoren:
    Isolator Energiediagramm

    Ein Beispiel für einen Isolator ist Porzellan.

  • Metalle:
    Metalle Energiediagramm

    Valenz und Leitungsband sind überlappt => die Valenzelektronen sind im Stoff frei beweglich => Metalle leiten auch bei tiefen Temperaturen sehr gut.

  • Halbleiter:
    Halbleiter Energiediagramm

    Halbleiter sind z.B. Silizium und Germanium

1.6 Dotierung

1.6.1 N-Leitung

N Leitung Silizum Arsen

Halbleiter sind meist vierwertige Stoffe. In das Kristallgitter eines solchen Halbleiters werden fünfwertige Fremdatome eingebracht. Da nur 4 Valenzelektronen für die Bindung benötigt werden, ist das jeweils fünfte Elektron sehr locker gebunden. Das fünfwertige Material wird als Donator (Elektronenspender) bezeichnet.

Mögliche Donatoren sind Arsen As, Phosphor P, Antimon Sb.

Neues zusätzliches Energieniveau = WD. Sehr nahe am Leitungsband.

1.6.2 P-Leitung

P Leitung Silizum Arsen

Neues Energieniveau knapp über den Valenzakzeptor. P-Leitung erreicht man durch Dotierung mit dreiwertigen Stoffen, Akzeptoren (Empfänger).

Mögliche Akzeptoren sind Bor B, Aluminium Al, Indium In.

Wenn das Niveau (ΔWD) sehr hoch ist, wird wenig Zusatzenergie benötigt, um Elektronen ins Leitungsband zu bringen.

Weitere Infos über Dioden finden Sie hier