Was sind Halbleiter?

Summary

Dieses Skript erläutert die Rolle von Silizium in der Halbleitertechnologie. Silizium, mit vier Außenelektronen, ist die Grundlage für Halbleiter. Durch Temperatursteigerung entstehen freie Elektronen und Löcher, die Strom führen. Bei kalter Temperatur verhält es sich wie ein Nichtleiter, was durch Verunreinigung mit Fremdatomen wie Phosphor oder Bor behoben wird, um n- oder p-Halbleiter zu erzeugen. Diese sind essentiell für die Herstellung von Dioden, Transistoren und Solarzellen.

Takeaways

• 😀 Silizium ist das häufigste Element in Halbleitern und spielt eine wichtige Rolle in der Herstellung.
• 🔬 Silizium stammt aus der vierten Hauptgruppe des Periodensystems und hat die Fähigkeit, vier Außenelektronen zu besitzen.
• 💡 Bei normalen Temperaturen verhält sich Silizium wie ein Nicht-Leiter, da alle Elektronen fest in das Gitter integriert sind.
• 🔥 Bei erhöhter Temperatur können einige Elektronen durch Wärmeenergie ihre Bindungen auflösen, was Silizium zum Leiten von Strom befähigt.
• ⚡ Durch das Anlegen einer Spannung entstehen in Siliziumkristallen freie Elektronen und positive Löcher, die Strom führen.
• 🔄 Elektronen und Löcher wandern in einem Halbleiter aufgrund von Spannung und Temperatur in entgegengesetzte Richtungen.
• 🌡 Um Halbleiter auch bei kalten Temperaturen einzusetzen, werden sie durch Verunreinigung mit Fremdatomen wie Phosphor oder Bor modifiziert.
• 📍 Phosphor verunreinigte Halbleiter heißen N-Halbleiter und enthalten mehr Elektronen als für die optimale Bindung nötig sind.
• 📍 Bor verunreinigte Halbleiter heißen P-Halbleiter und haben weniger Elektronen, was sogenannte freie bewegliche positive Löcher erzeugt.
• 🔧 Durch die Kombination von N- und P-Halbleitern können Dioden, Transistoren oder Solarzellen gebaut werden.
• 🤔 Der Witz 'es gibt wie Sand am Meer' bezieht sich auf die Verfügbarkeit von Silizium, das weit verbreitet ist und für Halbleiter essentiell ist.

Q & A

Welches Element spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Halbleitern?

Silizium spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Halbleitern.

Woher kommt das Element Silizium im Periodensystem der Elemente?

Silizium stammt aus der vierten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente.

Was ist die besondere Eigenschaft von Silizium, die es für Halbleiter so nützlich macht?

Silizium hat die besondere Eigenschaft, vier Außenelektronen zu besitzen, was es für die Herstellung von Halbleitern ideal erscheinen lässt.

Wie wird ein Halbleiter aus Silizium hergestellt?

Ein Halbleiter wird hergestellt, indem eine Schicht Silizium auf einen sogenannten Wafer aufgetragen wird, wobei die Siliziumatome Elektronenbindungen mit dem Nachbarn eingehen.

Warum leitet Silizium bei tiefen Temperaturen normalerweise keinen Strom?

Bei tiefen Temperaturen leitet Silizium normalerweise keinen Strom, weil alle Elektronen in der festen Bindung sind und keine freien Elektronen zur Stromleitung zur Verfügung stehen.

Was passiert, wenn man einen Siliziumkristall erwärmt?

Bei Erwärmung eines Siliziumkristalls können durch die Wärmeenergie einige Elektronen ihre Bindungen auflösen, was zu der Entstehung von freien Elektronen führt, die Strom leiten können.

Was sind 'positive Löcher' und wie entstehen sie?

Positive Löcher sind Bereiche, in denen Elektronen fehlen. Sie entstehen, wenn Elektronen durch die Wärmeenergie aus ihren Bindungen gelöst werden und in Richtung Pluspol wandern.

Was ist Rekombination im Zusammenhang mit Halbleitern?

Rekombination ist der Prozess, bei dem freie Elektronen die freie Löcher schließen und dadurch neue Löcher entstehen.

Wie optimiert man Halbleiter bei kalten Temperaturen?

Man optimiert Halbleiter bei kalten Temperaturen, indem man sie mit Fremdatomen verunreinigt, wie zum Beispiel mit Phosphor oder Bor, um die Anzahl der freien Elektronen zu erhöhen oder die Anzahl der positiven Löcher zu verringern.

Was sind 'p'-Halbleiter und 'n'-Halbleiter?

p-Halbleiter werden durch Verunreinigung mit Elementen der dritten Hauptgruppe wie Bor hergestellt und besitzen weniger Elektronen, während n-Halbleiter durch Verunreinigung mit Elementen der fünften Hauptgruppe wie Phosphor hergestellt werden und mehr Elektronen haben als für die optimale Bindung der Atome nötig.

Was können Dioden, Transistoren oder Solarzellen gemeinsam?

Dioden, Transistoren und Solarzellen können alle aus Halbleitern hergestellt werden, die durch Verunreinigung entweder mit p- oder n-Halbleitern entstehen.