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Neben den Leitern und den Isolatoren gibt es noch eine dritte Gruppe von Stoffen, die unter bestimmten Voraussetzungen leiten, oder auch nicht leiten:
Die Halbleiter, z.B. Germanium, Silicium oder Kohlenstoff. Sie haben alle 4 Valenzelektronen und sind im reinen Zustand nichtleitend, da sie ein Kristallgitter bilden. Bei Verunreinigung werden sie jedoch schnell leitend (je nach Dotierung p-leitend oder n-leitend). Mit dem Kombinieren n-leitender und p-leitender Halbleiter lassen sich viele Bauelemente der Elektrotechnik bilden:
Die Diode:
Die Diode ist das einfachste Halbleiterbauelement und besteht aus einem auf der einen Seite n-leitend dotierten und auf der anderen Seite p-leitend dotierten Halbleiterkristall: Bei dem pn-Übergang findet ein Ladungsträgeraustasch statt, wobei durch die Rekombination der Atome der pn-Übergangsbereich zu einem Isolator wird und eine Diffusionsspannung aufgrund der unterschiedlichen Potentiale entsteht.
Legt man an die Diode eine Spannung mit Minuspol an die p-leitende Schicht und Pluspol an die n-leitende Schicht, so werden die Fehlstellen im p-Bereich von den Elektronen aus der Spannungsquelle aufgefüllt, die überschüssigen Elektronen vom n-Bereich fließen zum Pluspol ab, d.h. die Isolationsschicht wächst, damit der Widerstand und es ist kein Stromfluß möglich.
Legt man dagegen an die p-leitende Schicht den Pluspol und an die n-leitende Schicht den Minuspol, so wirkt diese Spannung der Diffusionsspannung entgegen und die Elektronen des n-leitenden Bereichs werden durch das rekombinierte Kristallgefüge der Sperrschicht hindurch gedrückt. Die Sperrschicht wird mit Ladungsträger überschwemmt und abgebaut: Der Stromfluß kann ungehindert passieren. |
