Paarbildung und Rekombination
Die Eigenleitung bei Halbleitern kommt durch Elektronen und Defektelektronen (Löcher) zustande. Sie entstehen unter Energiezufuhr stets paarweise, der Vorgang wird als Paarbildung bezeichnet. Den umgedrehten Vorgang der Vereinigung von Elektronen und Defektelektronen nennt man Rekombination. Dabei wird Energie an die Umgebung abgegeben.
Die Eigenleitung bei Halbleitern kommt durch Elektronen und Defektelektronen (Löcher) zustande (Bild 1). Diese Eigenleitung tritt bei allen Halbleitermaterialien auf, spielt aber bei den meisten dotierten Halbleitern bei normaler Temperatur nur eine geringe Rolle.
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Eigenleitung in Silicium: Ein zunächst gebundenes Elektron verlässt seinen Platz (Paarbildung) und springt dann in ein Loch (Rekombination). Durch mehrmalige Wiederholung des Vorgangs wandert das Loch nach rechts.
Die Paarbildung
Allein die thermische Energie eines Halbleiters bei Zimmertemperatur reicht aus, damit Elektronen den Kristallverband verlassen und Fehlstellen (Löcher, Defektelektronen) zurückbleiben (Bild 2). Da die Entstehung eines wanderungsfähigen Elektrons stets mit der eines Loches (Defektelektrons) verbunden ist, nennt man diesen Vorgang Paarbildung.
Steigt die Temperatur des Halbleiters, so vergrößert sich auch seine thermische Energie. Durch diese Energiezufuhr verstärkt sich die Paarbildung. Damit stehen mehr wanderungsfähige Ladungsträger für einen Leitungsvorgang zur Verfügung. Das wird bei speziellen Halbleiterbauelementen, den Heißleitern, genutzt. Genauere Informationen dazu sind unter dem Stichwort "Thermistor" zu finden.
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Paarbildung: Unter Energiezufuhr verlassen Elektronen den Kristallverband. Es stehen dann Löcher und Elektronen für den Leitungsvorgang zur Verfügung.
Die Rekombination
In einem Halbleiter erfolgt nicht nur ständig eine Paarbildung, sondern auch der umgekehrte Vorgang (Bild 3). Die Vereinigung von Elektron und Defektelektron wird als Rekombination bezeichnet. Dabei verringert sich die Anzahl der wanderungsfähigen Ladungsträger. Zugleich wird bei diesem Vorgang Energie freigesetzt, die in Form von Wärme oder Licht an die Umgebung abgegeben wird. Das wird z.B. bei Leuchtdioden genutzt. Weitere Informationen dazu findet man unter diesem Stichwort.
In der Regel gehen in einem Halbleiter Paarbildung und Rekombination ständig vor sich. Bei einer bestimmten Temperatur des Halbleiters bleibt deshalb im Mittel die Anzahl der wanderungsfähigen Ladungsträger im Halbleiter und damit seine Leitfähigkeit gleich groß.
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Rekombination: Unter Abgabe von Energie springen Elektronen in Löcher. Dadurch verringert sich die Anzahl der Ladungsträger, die für den Leitungsvorgang zur Verfügung stehen.
