Halbleiter

Unter einem Halbleiter versteht man einen kristallinen Festkörper, dessen elektrische Leitfähigkeit zwischen der eines Metalls und der eines Isolators liegt. Wie Isolatoren haben Halbleiter am absoluten Nullpunkt der Temperaturskala ein vollbesetztes Valenzband und ein leeres Leitungsband, d.h. bei Halbleitern liegt das Ferminiveau in der Bandlücke.

Die Bandlücke ist der "verbotene" Energiebereich, in dem keine erlaubten Elektronenzustände existieren. In einem vollbesetzten oder leeren Band findet keine Leitung von elektrischem Strom statt. Halbleiter haben verglichen mit Isolatoren eine kleinere Bandlücke, daher werden bei Temperaturen über dem absoluten Nullpunkt einige Elektronen thermisch ins Leitungsband gehoben. Das hat zur Folge, dass Halbleiter eine mit der Temperatur zunehmende elektrische Leitfähigkeit haben.

Durch gezielte Verunreinigung eines Halbleiters mit Fremdatomen, das sogenannte Dotieren, kann ein Überschuß oder Mangel von Elektronen gezielt herbeigeführt werden. Bei Überschuß sorgen vorwiegend die Elektronen im Leitungsband, bei einem Mangel die gedachten, positiv geladenen Löcher oder Defektelektronen im Valenzband für elektische Leitfähigkeit. Halbleiterbereiche mit Elektronenüberschuß bezeichnet man als n-dotiert, solche mit Mangel als p-dotiert.

Durch geschickte Kombination von n- und p-dotierten Bereichen kann man einzelne, sogenannte diskrete, Halbleiterbauelemente wie Dioden und Transistoren und komplexe, aus vielen Bauelementen in einem einzigen Kristall aufgebaute integrierte Schaltungen oder Mikrochips aufbauen.