Halbleiter

Als Halbleiter bezeichnet man kristalline oder amorphe (nichtkristalline) Stoffe und intermetallische Verbindungen wie beispielsweise Germanium, Silicium, Selen, Tellur, Galliumarsenid und Indiumarsenid, die sich bei tiefen Temperaturen wie Isolatoren verhalten, bei Raum- und höheren Temperaturen aber eine merkliche elektrische Leitfähigkeit aufweisen, die jedoch geringer als die von Metallen ist.

Die Eigenleitung von Halbleitern beginnt, wenn ab bestimmten Temperaturen eine thermische Bewegung der Atome einsetzt und sich einzelne Elektronen aus ihren Bindungen befreien. Sie wandern dann frei im Kristall umher; wo das Elektron fehlt, ist eine positiv geladene Elektronenlücke entstanden. Weil die Löcher wieder von Elektronen besetzt werden können, wandern auch diese. Liegt Spannung an einem Halbleiter, bewegen sich die Löcher in Richtung Minuspol, die Elektronen in Richtung Pluspol.

Für die Elektronik brauchbar werden Halbleiter durch Dotieren, dem gezielten Einbau von Atomen anderer Elemente in die Kristallstruktur. Ersetzt man in hochreinem Silicium (mit vier Elektronen in der äußeren Atomschale) etwa jedes 100millionste Atom durch ein Phosphoratom (fünf Elektronen in der äußeren Atomschale), entstehen relativ viele freie Elektronen. Der Halbleiter wird n-leitend (n von negativ). P-Leitung (p von positiv) entsteht durch Einbau von Aluminiumatomen, deren Außenschalen mit nur drei Elektronen besetzt sind. In diesem Fall entsteht in einem Stromkreis ein "Löcherstrom". Bei einem n-Leiter in einem Stromkreis aus Metalldrähten werden die Elektronen, die am Pluspol den Halbleiter verlassen, am Minuspol durch Elektronen aus dem Metall ersetzt. Beim p-Leiter geht am Pluspol jeweils ein Elektron des Siliciumatoms in das Metall über, worauf im Halbleiter ein Loch nach Minus läuft; im Metall gibt es keine Löcher.

Halbleiter-Dioden sind stromrichtungsabhängige Leiter. Auch auf Basis von Halbleitermaterialien hergestellte Bausteine (z.B. Transistoren) werden oft als Halbleiter bezeichnet.