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Halbleiter 07:35 min

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Transkript Halbleiter

Hallo, ich bin euer Physik-Siggi. Heute werde ich euch den Halbleiter erklären. Ihr werdet seine Eigenschaften verstehen und ihr werdet später kennenlernen, was ein dotierter Halbleiter ist. Zum Schluss werde ich euch ein paar Anwendungen zeigen. Ihr solltet dafür schon vom prinzipiellen Aufbau eines Atoms gehört haben. Außerdem solltet ihr mit dem Periodensystem vertraut sein, und ihr solltet schon über die elektrische Leitung Bescheid wissen. Ein typischer Halbleiter ist das Element Silicium. Silicium haben wir in unserer Welt sehr viel, es gibt es wie Sand am Meer. Es ist in unserem Periodensystem in der 3. Periode. Die Elektronen verteilen sich also auf 3 Schalen. Das heißt, die beiden unteren Schalen sind schon voll mit Elektronen. In der nächsthöheren Schale sind nur 4 Elektronen gebunden. Da auf der 3. Schale 8 Elektronen Platz finden würden, hat das Silicium also 4 weitere Plätze frei. In diese Plätze können nun weitere Elektronen hineingehen. Zum Beispiel Elektronen von 4 weiteren Siliciumatomen. Das Elektron 1 von Atom B benützt praktisch 2 Elektronenplätze, den von Atom B und einen leeren von Atom A. Dadurch entsteht eine Bindung. Die 4 Elektronen der anderen Atome machen es genauso und verbinden somit die Atome. Es entsteht ein Siliciumkristall. Was für Eigenschaften hat dieser Kristall, dieser Halbleiter? Ein paar wenige Elektronen können sich aus der Atombindung lösen. Diese können dann beim Anlegen einer elektrischen Spannung vom Pluspol angezogen werden. Dabei wandert natürlich der freie Elektronenplatz, das sogenannte Defektelektron, oder auch Loch, zum Minuspol. Diese sogenannte Eigenleitung ist jedoch sehr gering. Es existiert bei etwa 100000000 Siliciumatomen, nämlich nur 1 freies Elektron. Der Strom ist also sehr gering. Man kann jedoch die Anzahl der freien Ladungsträger erhöhen. Mehr freie Elektronen und mehr freie Löcher würde ja bedeuten, dass der Strom sich erhöhen würde, der Halbleiter also besser elektrisch leitet. Es gibt nun zwei Arten, entweder man erhöht die Anzahl der freien Elektronen oder man erhöht die Anzahl der Defektelektronen. Wie kann man das erreichen? Man dotiert den Kristall. Dotierung bedeutet, dass man Fremdatome in den Kristall einsetzt. Dieses Fremdatom hat die Eigenschaft, dass es entweder ein Elektron mehr oder ein Elektron weniger in der äußeren Schale hat als das Siliciumatom. Bringen wir zum Beispiel Phosphor in den Kristall. Phosphor hat 5 Elektronen in der äußersten Schale, Silicium nur 4. Der Siliciumkristall bindet aber 4-wertig und der Phosphor möchte gerne 5-wertig binden. Also können nur 4 Elektronen des Phosphors mit dem Kristall eine Bindung eingehen. Das 5. Elektron kann nicht gebunden werden und bleibt damit ungebunden. Es ist frei. Diesen Halbleiter nennt man nun n-Halbleiter. Ihr könnt euch das so merken. Das Elektron ist negativ geladen, es sind mehr freie Elektronen im Kristall, also mehr negative Ladungen, n-Halbleiter wie negativ. Die zweite Art, den Halbleiter zu dotieren, besteht darin, dass man 1 Atom in den Kristall einfügt, dass 1 Elektron weniger in der äußeren Schale hat als die Kristallatome. Beim Siliciumkristall ist das zum Beispiel das Bor. Die äußere Schale ist bei Bor zwar nicht die 3., sondern die 2., jedoch ist das egal. Entscheidend ist die Anzahl der Elektronen in der letzten, nicht vollständig gefüllten Schale und die Anzahl ist bei Bor 3 Stück. Beim Silicium sind 4 Elektronen in der äußersten Schale. Bringt man nun das Bor in den Siliciumkristall, so gehen alle 3 Elektronen von Bor eine Bindung ein. Jedoch bleibt 1 freier Elektronenplatz übrig. Wir haben 1 Defektelektron mehr. Es ist ein sogenannter p-Halbleiter entstanden. Hier können die freien Löcher zum Minuspol wandern. Es fließt ein Strom. Der Halbleiter ist ein p-Leiter. Je mehr Fremdatome ich dazugebe, je stärker ich also dotiere, desto mehr freie Ladungsträger stehen zur Verfügung und desto größer ist die Leitfähigkeit des Halbleiters. Ich möchte euch drei Anwendungen für den Halbleiter zeigen. Es gibt natürlich auch noch andere Materialien als das Silicium, die Halbleitereigenschaften haben. Bei einem Halbleiter, dem sogenannten Heißleiter, sinkt der Widerstand mit der Temperatur. Das heißt, je größer die Temperatur, desto mehr freie Ladungsträger hat der Kristall, desto größer ist er Strom. Voraussetzung ist, dass man eine konstante Spannung anlegt. Man kann mit so einem Halbleiter also die Temperatur messen. Je größer der Strom ist, desto größer muss auch die Temperatur sein. Wir haben somit einen Messfühler. Ein anderer Halbleiter reagiert genau so auf Licht, der sogenannte Fotowiderstand. Je mehr Licht auf das Material fällt, desto mehr freie Elektronen bilden sich, also wird damit der elektrische Strom größer. Man kann damit die Beleuchtungsstärke einer Lampe messen. Je stärker sie leuchtet, desto mehr Strom fließt durch den Halbleiter. Die letzte und bekannteste Anwendung ist die Diode. Diese werde ich euch im Film Diode vorstellen. Ich hoffe, ihr habt nun verstanden, was ein Halbleiter ist, was p- und n-Dotierung bedeutet und wozu man dies nutzen kann. Vielen Dank für die Aufmerksamkeit.

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9 Kommentare
  1. Default

    Super Video, super Erklärung :) Ohne wäre ich jetzt total aufgeschnissen :D

    Von Danischen, vor 6 Monaten
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    Vielen Dank für dieses tolle Video,hat mir sehr geholfen! Es wurde viel besser erklärt als von unserem Physiklehrer :)

    Von Cg8000, vor etwa einem Jahr
  3. Karsten

    @Samy Osman,
    so einfach ist das leider nicht.
    Du kannst jedes Halbmetall als Halbleiter nutzen.
    Also: Bor, Silizium, Germanium, Arsen, Selen, Antimon und Tellur.
    Davon wird Silizium am häufigsten eingesetzt.
    Aluminium zählt aber zur Gruppe der Metalle und verhält sich in seiner Leitfähigkeit auch so.

    Von Karsten Schedemann, vor fast 2 Jahren
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    Kann ich statt Bor auch Aluminium nehmen? hat ja auch drei Elektronen auf der äußeren Schale

    Von Samy Osman, vor fast 2 Jahren
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    Danke, habs verstanden:)

    Von Thomasmaier, vor mehr als 2 Jahren
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    panda

    Von Sukhpkm, vor etwa 3 Jahren
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    Wieso sind es immer 4 Siliziumatome

    Von Majestetix, vor etwa 3 Jahren
  3. Default

    Danke hat mir sehr geholfen !
    verständlich und einfach erklärt

    Von Shuttle, vor etwa 4 Jahren
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    sehr schön, vielen dank

    Von Linadiddlina, vor fast 5 Jahren
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