Halbleiter und Eigenleitung
Halbleiter sind sehr wichtig für die moderne Elektronik. Im Gegensatz zu Leitern und Isolatoren haben sie veränderliche elektrische Eigenschaften. Silizium ist eines der am häufigsten verwendeten Halbleiterelemente. Erfahre mehr über Elektronenpaarbindungen und Eigenleitung! Interessiert? Das und vieles mehr findest du im folgenden Text.
- Halbleiter in der Physik
- Halbleiter – Definition
- Halbleiter – Funktion
- Temperaturabhängige Eigenleitung
- Halbleiter – Anwendung

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Dotierung von Halbleitern

Halbleiter und Eigenleitung

Halbleiterdiode

Diode

Kondensator als Energiespeicher

Leitung im Vakuum Glühemission Fotoemission

Spezifischer elektrischer Widerstand

Elektrischer Widerstand – Temperaturabhängigkeit

Elektrische Leitfähigkeit

Dioden, LEDs und Transistoren – Leitfähigkeit

Dioden, LEDs und Transistoren – Leitungsvorgänge

Dioden, LEDs und Transistoren – Dotieren

Dioden, LEDs und Photodioden

Solarzellen
Halbleiter und Eigenleitung Übung
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Stelle die Veränderung der Stromstärke bei Veränderung der Temperatur und konstanter Spannung in einem Halbleiter graphisch dar.
TippsIn welchen Temperaturbereichen leiten Halbleiter?
LösungHalbleiter sind Heißleiter. Sie leiten den Strom nicht, wenn sie sehr kalt sind und immer besser, je wärmer sie werden. Es muss also einer der Graphen richtig sein, der ansteigt. Der Zusammenhang kann jedoch nicht linear sein, da mit steigender Temperatur immer schneller Elektronen frei werden.
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Nenne Leiter, Halbleiter und Isolatoren.
TippsAus welchen Materialien bestehen Kabel?
Versuche, die vorliegenden Stoffe in chemische Stoffgruppen einzuordnen.
Welche Stoffgruppen leiten den Strom?
LösungOb ein Stoff Strom leitet oder nicht, kann man in Versuchen herausfinden. Man hat dabei festgestellt, dass alle Metalle den Strom gut leiten können.
Welche Stoffe zu den Metallen gehören, kannst du im Periodensystem der Elemente genauer erforschen.
Zu den Isolatoren gehören die Nichtmetalle und die Halbleiter findest du in der Klasse der Halbmetalle.
Es gibt dabei jedoch auch Ausnahmen:
Zum Beispiel Graphit.
Graphit ist ein guter Leiter, auch wenn seine Leitfähigkeit etwa eine Größenordnung schlechter ist als die von Metallen. Gleichzeitig kann man Graphit auch als Halbleiter verwenden.Genauso wie Graphit besteht auch ein Diamant aus Kohlenstoff. Diamanten leiten im Gegensatz zu Graphit jedoch keinen Strom und können als Isolator oder sehr gute Halbleiter eingesetzt werden.
Die mikroskopische Struktur, in der ein Stoff vorliegt, ist also auch ein entscheidender Einflussfaktor auf die Leitfähigkeit.
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Beschreibe die Leitfähigkeit von Halbleitern.
TippsStelle dir die Struktur vor, aus der Halbleiter aufgebaut sind.
LösungMan nennt Halbleiter auch Heißleiter, da sie bei geringen Temperaturen nicht leitfähig sind, bei hohen Temperaturen hingegen einzelne Elektronen ihre Bindungen verlassen und somit eine geringe Zahl von Elektronen und Löchern die Stromleitung ermöglichen. Es sind jedoch nicht alle Valenzelektronen frei beweglich.
Das kannst du dir am besten verdeutlichen, wenn du dir die Struktur des Halbleitermaterial vorstellst.
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Erkläre die Eigenleitung von Silizium.
TippsStelle dir das Halbleitermaterial vor und überlege, was bei Erwärmung des Materials passiert.
Was passiert, wenn eine Spannung angelegt wird?
LösungWird ein Halbleiter erwärmt, dann können sich einzelne wenige Valenzelektronen, die vorher alle in einer Elektronenpaarbindung feststeckten, lösen und frei im Material bewegen.
In der Halbleiterelektronik beginnt man, auch die Ladungsbewegung der positiv geladenen Stellen zu beschreiben. Da es keine positiv geladenen Teilchen sind, sondern Elektronenfehlstellen, nennt man diese Stellen zum Beispiel Löcher oder Defektelektronen.
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Nenne Alltagsgegenstände, die nur mit Halbleitertechnik herzustellen sind.
TippsWas sind Halbleiter?
LösungSand besteht zwar zu großen Teilen aus Siliciumdioxid und enthält somit ein Element, das als Halbleiter eingesetzt wird, aber ein Sandhaufen enthält keine Halbleiterbauteile. Auch eine Batterie enthält zwar chemische Elemente zur Ladungstrennung, es wird aber kein Bauteil aus Halbleitermaterial benötigt.
Computer, Solarzellen und Smartphones hingegen sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken und basieren allesamt auf der Halbleitertechnik.
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Erläutere, warum es sinnvoll sein könnte, einen Feuermelder mit einem Temperatursensor aus Silizium anstelle von Metall herzustellen.
TippsUnter welchen Bedingungen muss ein Brandmelder, der die Temperatur überwacht, warnen?
Es ist nur eine Antwort richtig.
LösungIm Normalbetrieb bei normalen Temperaturen ist es von Vorteil, wenn im Sensor wenig Strom fließt. Das bedeutet nämlich eine kleinere Stromrechnung.
Obwohl Silizium in sehr großen Mengen in Sand als Siliziumdioxid vorkommt, muss es erst in technisch nutzbare Form gebracht werden. Man kann nur extrem reines Silizium verwenden.
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