Was ist Halbleiterphysik?

Was ist Halbleiterphysik?

Definition der Halbleiterphysik

Halbleiterphysik befasst sich mit dem Studium von Materialien, die eine elektrische Leitfähigkeit zwischen Leitern und Isolatoren haben, hauptsächlich Elemente wie Silizium und Germanium.

Eigenschaften von Halbleitern

Halbleiter haben eine moderate Widerstandsfähigkeit und einen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstands, was bedeutet, dass ihr Widerstand bei steigender Temperatur abnimmt.

Kovalente Bindung

Die Valenzelektronen in Halbleiteratomen spielen eine wichtige Rolle bei der Bindung zwischen den Atomen im Halbleiterkristall. Die Bindung zwischen den Atomen erfolgt, weil jedes Atom dazu neigt, seine äußerste Schale mit acht Elektronen zu füllen.

Jedes Halbleiteratom hat vier Valenzelektronen und kann vier Elektronen von benachbarten Atomen teilen, um acht Elektronen in seiner äußersten Schale zu vervollständigen. Diese Teilverhältnisse erzeugen kovalente Bindungen.

Jedes Halbleiteratom bildet vier kovalente Bindungen mit vier benachbarten Atomen im Kristall. Das bedeutet, dass eine kovalente Bindung mit jedem der vier benachbarten Halbleiteratome gebildet wird. Die folgende Abbildung zeigt die kovalenten Bindungen, die in einem Germaniumkristall entstehen.

Im Germaniumkristall hat jedes Atom acht Elektronen in seiner letzten Bahn. In einem isolierten einzelnen Germaniumatom gibt es jedoch 32 Elektronen. Die erste Bahn besteht aus 2 Elektronen. Die zweite Bahn besteht aus 8 Elektronen. Die dritte Bahn besteht aus 18 Elektronen, und die restlichen 4 Elektronen sind in der vierten oder äußersten Bahn.

Aber im Germaniumkristall teilt jedes Atom vier Valenzelektronen von vier benachbarten Atomen, um seine äußerste Bahn mit acht Elektronen zu füllen. Auf diese Weise haben alle Atome im Kristall acht Elektronen in ihrer äußersten Bahn.

Die Bildung kovalenter Bindungen ordnet jedes Valenzelektron einem Atom zu, sodass in einem idealen Halbleiterkristall keine freien Elektronen vorhanden sind. Die Atome sind aufgrund dieser Bindungen geordnet angeordnet, was die Kristallstruktur eines Halbleiters bildet.

Energiebandtheorie

Halbleiter haben eine kleine Energiegap zwischen dem Valenz- und dem Leitungsbereich, was Elektronen ermöglicht, sich zu bewegen und Strom zu leiten, wenn Energie zugeführt wird.

Arten von Halbleitern

• Intrinsischer Halbleiter

• Extrinsischer Halbleiter

• N-Typ- und P-Typ-Halbleiter