Zeitschrift für Elektrotechnik und Elektronik

Funktionale Materialien für Elektronik, Sensoren, Detektoren und Energie

David Handwerk

Halbleiter spielen eine wichtige Rolle bei der Gerätesteuerung in einer Vielzahl von Bereichen, wie z. B. beim Betrieb von Klimaanlagen bei angenehmer Raumtemperatur, bei der Verbesserung der Fahrzeugsicherheit, bei der Lasertherapie in der modernen Krankenhausmedizin und vielem mehr. Darüber hinaus haben die Fortschritte in der Halbleitertechnologie die Systemleistung, Miniaturisierung und Energieeinsparung vorangetrieben, was wiederum dazu beiträgt, die Umwelt zu schützen, ein sicheres und komfortables Leben zu erreichen und eine erfolgreiche Zukunft zu schaffen. Die hier definierten Halbleitermaterialien sind einige Kristalle, und die Atome sind in einer dreidimensionalen periodischen Anordnung angeordnet. Vereinfachte dimensionale Darstellung eines intrinsischen Siliziumkristalls, der vernachlässigbare Verunreinigungen enthält. Jedes Siliziumatom im Kristall ist von seinen nächsten Nachbarn umgeben. Jedes Atom hat vier Elektronen in seiner äußeren Umlaufbahn und teilt diese Elektronen mit seinen vier Nachbarn. Jedes geteilte Elektronenpaar stellt eine kovalente Bindung dar. Die Anziehungskraft zwischen den Elektronen und den beiden Kernen hält die beiden Atome zusammen. Bei isolierten Atomen in einem Gas im Gegensatz zu einem Kristall können die Elektronen nur diskrete Stärkeniveaus haben. Wenn jedoch eine große Anzahl von Atomen zu einem Kristall zusammengebracht wird, bewirkt die Wechselwirkung zwischen den Atomen, dass sich die diskreten Energiestufen in Energiebänder aufteilen. Während bei niedrigen Temperaturen keine thermische Schwingung auftritt, füllen die Elektronen in einem Isolator oder Halbleiterkristall mehrere Energiebänder vollständig aus und lassen den Rest der Energiebänder leer.