Silizium

Reines Silizium leitet bei Zimmertemperatur schlecht, bei Erwärmung leitet es besser. Durch Dotieren lässt sich seine Leitfähigkeit sehr stark beeinlussen. Silizium ist vierwertig, es hat somit vier Außenelektronen. Jedes Siliziumatom hat vier Nachbarn mit welchen es durch vier Elektronenbrücken verbunden ist. Es gibt somit - eigentlich - keine freien Ladungsträger. Hinweis: Natürlich sind alle folgenden Graphiken nicht korrekt. Silizium bildet ein räumliches 4-wertiges Gitter, welches hier in der Ebene dargestellt wird. Aufgrund der Wärmebewegung der Moleküle reissen einige Gitterbindungen auf. Es entstehen dabei frei bewegliche Elektonen (=negative Ladungsträger) und frei bewegliche Löcher (=positive Ladungsträger). Aufgrund dieser freien Ladungsträger leitet Silizium etwas. Wenn diese Ladungsträger aufeinandertreffen, rekombinieren sie: das Elektron füllt das Loch und beide Ladungsträger sind verschwunden. Es bildet sich ein thermisches Gleichgewicht. Das Aufreissen der Gitterbindungen und die Rekombination gleichen sich aus. Im Gegensatz zu metallischen Leitern steigt das Leitvermögen von Silizium mit steigender Temperatur.

Dotieren bedeutet, dass dem Siliziumkristall gezielt Fremdatome zugefügt werden. Gehen Sie mit der Maus auf die fett gedruckten Satzteile. Beim N-Dotieren werden dem Silizium 5-wertige Atome hinzugefügt. Im 4-wertigen Gitter ist somit pro Fremdatom ein Elektron "übrig" (=frei). Es ergibt sich eine Leitfähigkeit aufgrund negativer Ladungsträger. Beim P-Dotieren werden dem Silizium 3-wertige Atome hinzugefügt. Im 4-wertigen Gitter ist somit pro Fremdatom ein Elektron zuwenig vorhanden. Es bilden sich "Löcher". Es ergibt sich eine Leitfähigkeit aufgrund positiver Ladungsträger.