Bänderstruktur und Ladungstransport

Zusammenfassung

Wir präzisieren unsere Vorstellung von einem Halbleiter und leiten daraus ab, wie viele Ladungsträger in den jeweiligen Bändern für die elektrische Leitung zur Verfügung stehen. Wir werden sehen, dass ein Halbleiter ein interessantes Gebilde ist, in dem wir es nicht mehr mit gewöhnlichen Elektronen, sondern mit ziemlich stark modifizierten „Quasiteilchen“ zu tun haben: den Halbleiterelektronen und Löchern. Diese Teilchen bewegen sich im ungestörten Halbleiter so unbekümmert wie „normale“ Elektronen im freien Raum.

Für die meisten Anwendungen werden nicht reine Halbleiter benötigt, sondern solche, die (gezielt eingebrachte!) Störstellen enthalten. Überraschenderweise kann man die Lage von Störstellen im Halbleiter wie die Energieniveaus des Wasserstoffatoms behandeln. Störstellen bringen die entscheidenden Ladungsträger für die Leitfähigkeit und bestimmen deren Temperaturabhängigkeit. Die Temperaturabhängigkeit von Halbleitern wird in der Messtechnik ausgenutzt.

Schließlich berechnen wir die elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern. Wir werden sehen, dass es außer dem elektrischen Feld noch eine weitere Ursache für Ströme gibt, nämlich Unterschiede der Teilchendichte. Sie führen zum sogenannten Diffusionsstrom. Die Bilanz des elektrischen Stroms wird somit bestimmt durch den Feldstrom, den Diffusionsstrom und darüber hinaus durch die Erzeugung (Generation) und Vernichtung (Rekombination) von Ladungsträgern.