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Dotierung von Halbleitern

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Die Autor*innen
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Jochen Kalt
Dotierung von Halbleitern
lernst du in der 9. Klasse - 10. Klasse

Dotierung von Halbleitern Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Dotierung von Halbleitern kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib an, warum Eigenleitung temperaturabhängig ist.

    Tipps

    Elektronenpaarbindungen sind sehr stabil.

    Aus stabilen Bindungen werden Bindungselektronen nur bei hoher Energiezufuhr freigesetzt.

    Lösung

    Halbleiter sind Materialien, deren Valenzen mit stabilen Elektronenpaarbindungen gesättigt sind. Deshalb haben sie nahezu keine freien Elektronen. Elektronenpaarbindungen sind sehr stabil. Erst, wenn dem Atomverband eine Mindestmenge Energie zugeführt wird, können Elektronen aus Bindungen „herausgeschleudert" werden und dann als Ladungsträger fungieren.

  • Erläutere, was mit dem Dotieren erreicht werden soll.

    Tipps

    Elektronenpaarbindungen sind sehr stabil.

    Stabile Paarbindungen sind nur durch Energiezufuhr aufzulösen.

    Stromfluß ist nur mit frei beweglichen Ladungsträgern möglich.

    Lösung

    Nicht-dotierte Halbleiter zeigen ein stark temperaturabhängiges Leitungsverhalten. Aus den stabilen Elektronenpaarbindungen, die einen Halbleiter-Kristall konstituieren, werden Elektronen, die als Ladungsträger verfügbar wären, nur durch hinreichend große Energiezufuhr freigesetzt. Will man mehr frei bewegliche Elektronen im Material, kann man das aber auch dadurch erreichen, dass man entweder Atome einschleust, die ein freies Elektron "übrig" haben, oder Atome, die ein Bindungselektron weniger haben und damit eine Lücke lassen (über die dann Elektronen aus benachbarten Bindungen schrittweise nachrücken können). Diese sog. „Störstellen" sind der Grund für die höhere Leitfähigkeit gegenüber dem reinen Kristall.

  • Erläutere die Wirkung der Dotierung eines Halbleiter-Elements der IV. Hauptgruppe mit Atomen eines Elements der V. Hauptgruppe.

    Tipps

    Valenzelektronen konstituieren Bindungen in Atomverbänden.

    Ersetzt man in regelmäßig gefügten Verbänden einzelne Atome, werden sie sich verschieden einfügen, je nach Anzahl der Valenzelektronen, die sie einbringen.

    Lösung

    Valenzelektronen konstituieren Bindungen in Atomverbänden. Ersetzt man in regelmäßig gefügten Verbänden einzelne Atome, werden die neuen sich verschieden einfügen, je nach Anzahl der Valenzelektronen, die sie einbringen. Hat man im Verband Atome mit vier Valenzelektronen und fügt ein Atom mit fünf Valenzelektronen ein, bleibt ein Valenzelektron frei und kann in einem elektrischen Feld in gerichtete Bewegung versetzt werden.

  • Erkläre die Löcherleitung.

    Tipps

    Rutscht eine geschlossene Reihe von Zuschauern im Kino Schritt um Schritt um einen Platz zur Mitte hin, sieht es so aus, als würde ein leerer Platz von der Mitte nach außen wandern.

    Man könnte also sagen, dass sich nicht eine Person vom Rand wegbewegt, sondern dass sich eine Leerstelle zum Rand hinbewegt.

    Lösung

    Man kann verschiedene Perspektiven einnehmen. Sieht man den Stromfluss als Bewegung von Elektronenkugeln, dann ist die Bewegung eines Lochs ohne Sinn. Aber da es nur zwei Ladungsarten gibt, negative und nicht-negative, ist es für eine Ladungsbilanz gleichgültig, ob man sagt, dass sich an einem Messpunkt die negative Ladung verringert hat oder die nicht-negative angestiegen ist.

  • Benenne, warum der Halbleiter Halb-Leiter heißt.

    Tipps

    Bedenke die Leitfähigkeit.

    Lösung

    Halbleiter werden nach ihrer Leitfähigkeit klassifiziert: Bei niedrigen Temperaturen verhalten sich (reine) Halbleiter eher wie Isolatoren oder Nichtleiter, bei höheren Temperaturen dagegen eher wie Leiter.

  • Unterscheide die Arten der Dotierung.

    Tipps

    Donator: Spender von Elektronen in den Halbleiterverband

    Akzeptor: Empfänger von Elektronen aus dem Halbleiterverband

    Lösung

    Donatoren geben Elektronen in den Atomverband des Halbleiters ab, das heißt, freie Elektronen treten auf: Es wird n-Leitung befördert. Akzeptoren akzeptieren leicht Elektronen aus Bindungen des Atomverbands, das heißt, es werden Lücken im Verband verursacht: Es wird p-Leitung befördert.

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