Page 96 - Microsoft Word - PHYSIK.doc

dotierten Bereichen (siehe p-n-Übergang) kann man einzelne, sogenannte diskrete Halbleiterbauelemente wie Dioden und Transistoren und komplexe, aus vielen Bauelementen in einem einzigen Kristall aufgebaute integrierte Schaltungen aufbauen.

Leitungsmechanismen in dotierten Halbleitern

Leitungsmechanismen im dotierten und undotiertem Halbleiter in Abhängigkeit von der Temperatur

Am absoluten Nullpunkt (T = 0 K) unterscheiden sich dotierte und undotierte Halbleiter hinsichtlich der Ladungsträgerdichte nicht – es steht nicht ausreichend Energie zur Verfügung um Elektronen in das Leitungsband oder auf Störstellenniveaus anzuregen. Wird nun die Temperatur erhöht (damit steigt die zur Verfügung stehende Energie durch thermische Anregung), ändern sich die Verhältnisse. Da die energetischen Abstände der Störstellen zum Valenz- bzw. Leitungsband sehr viel geringer als der Bandabstand sind, können nun Elektronen vom Donatorniveau ins Leitungsband bzw. vom Valenzband ins Akzeptorniveau angeregt werden. Es stehen nun in Abhängigkeit von der Temperatur freie Ladungsträger zur Verfügung, die Leitfähigkeit von dotierten Halbleitern steigt. Da noch nicht alle Störstellenniveaus ionisiert bzw. besetzt sind, bezeichnet man diesen Bereich als Störstellenreserve. Wird die Temperatur weiter erhöht, bis alle Störstellenniveaus ionisiert bzw. besetzt sind, spricht man von Störstellenerschöpfung. Die Ladungsträgerdichte und somit die Leitfähigkeit hängt in diesem Bereich im wesentlichen nur noch von der

Dotierungskonzentration ab. Bei noch weiterer Erhöhung der Temperatur steht anschließend genug Energie zur Verfügung um Elektronen direkt vom Valenzband in das Leitungsband anzuheben. Da typische Dotierungskonzentrationen deutlich geringer sind als die Anzahl der Halbleiteratome (mindestens 6 Größenordnungen) überwiegt nun die Ladungsträgergeneration von Elektron-Loch-Paaren, dieser Bereich wird als intrisisch oder Eigenleitung des Halbleiters bezeichnet.

Grenzflächen]

Durch die Kombination eines p-dotierten und eines n-dotierten Halbleiters entsteht an der Grenzfläche ein p-n-Übergang. Die Kombination eines dotierten Halbleiters mit einem Metall (z. B. Schottky-Diode) oder einem Nichtleiter ist ebenfalls von Interesse, und wenn zwei Halbleiter, beispielsweise Galliumarsenid und Aluminiumgalliumarsenid,

übereinanderliegen, dann entsteht ein Heteroübergang. Dabei sind nicht nur p-n-Übergänge von Bedeutung, sondern ebenfalls p-p-Übergänge und n-n-Übergänge, die sogenannten isotypen Hetero-Übergänge , die beispielsweise in einem Quantentopf verwendet werden.

In jüngster Zeit gibt es Anstrengungen, Halbleiter, Supraleiter und Silicium- und III-V-Halbleiter auf einem Chip zusammenzuführen. Da die Kristallstrukturen nicht kompatibel sind, entstehen in der Grenzfläche Brüche und Gitterfehler, wenn es nicht gelingt, geeignete Materialien für eine wenige Atomlagen dicke Zwischenschicht zu finden, in der die Gitterabstände sich angleichen können.

Wirtschaft