3.

Dotieren

Eine andere Methode, freie Träger von Elektrizität zu produzieren, ist das Hinzufügen von Verunreinigungen (Dotierungen) in den Halbleiter. Die Differenz in der Anzahl der Valenzelektronen zwischen dem Dotierungsmaterial (entweder Donatoren oder Akzeptoren von Elektronen) und dem Empfänger ergibt ein Anwachsen von negativen (n-Leiter) oder positiven (p-Leiter) Trägern von Elektrizität. Dieses Konzept soll das Begleitdiagramm eines dotierten Siliciumkristalls (Si) veranschaulichen:

Jedes Siliciumatom besitzt vier Valenzelektronen (durch Punkte dargestellt). Zwei werden jeweils für die Bildung einer kovalenten Bindung benötigt. In einem n-Siliciumhalbleiter ersetzen Atome, wie z. B. Phosphor (P) mit fünf Valenzelektronen, einige Siliciumatome und stellen zusätzliche negative Ladungsträger zur Verfügung. In einem p-Siliciumatom führen Atome mit drei Valenzelektronen, wie z. B. Aluminium (Al), zu einem Mangel an Elektronen, also zu Löchern, die sich wie positive Elektronen verhalten. Die zusätzlichen Elektronen oder Löcher leiten die Elektrizität.

Wenn p- und n-Halbleiterbereiche benachbart sind, bilden sie eine Halbleiterdiode. Den Berührungsbereich nennt man p-n-Trennschicht. (Eine Diode ist ein zweipoliges Bauteil mit einem hohen Widerstand gegen Strom in der einen Richtung und einem niedrigen in der anderen Richtung). Die Leitungseigenschaften einer p-n-Trennschicht hängen von der Richtung der angelegten Spannung ab. Die Schicht kann andererseits auch zur Steuerung der elektrischen Vorgänge in dem Bauteil verwendet werden. Kombinationen von p-n-Trennschichten werden für den Bau von Transistoren und anderen Geräten, wie beispielsweise Solarzellen, p-n-Trennschichtlasern, Gleichrichtern und vielen anderen benutzt. Siehe Elektronik; Gleichrichtung; Solarenergie.

Halbleiterbauteile finden Anwendung in vielen Bereichen der Elektrotechnik. Neuere technische Entwicklungen führten zu kleinen Halbleiterchips, die Hunderttausende von Transistoren enthalten. Diese Chips machen einen hohen Grad der Miniaturisierung von elektronischen Geräten möglich. Ein effizienterer Einsatz dieser Chips wurde durch eine Technik ermöglicht, die Komplementär-Metalloxid-Halbleiterschaltung (CMOS: Complementary Metal-Oxide Semiconductor) heißt. Diese Chips bestehen aus Paaren von p- und n-Kanal-Transistoren, die durch eine Schaltung gesteuert werden. Außerdem werden extrem kleine Bauteile mit Hilfe der Molekularstrahl-Epitaxie angefertigt (Epitaxie = gleichmäßiges Anordnen).

Siehe auch Halbleitertechnik; integrierter Schaltkreis; Mikroprozessor