Defektelektron

Während die elektrische Leitung in Metallen ausschließlich auf der gerichteten Bewegung von Elektronen beruht, erfolgen Leitungsvorgänge in einem Halbleiter durch Elektronen und Defektelektronen. Defektelektronen oder Löcher verhalten sich wie positive Ladungsträger.

In Halbleitern sind die Atome durch Atombindung miteinander verbunden, das heißt, die Halbleiteratome nutzen gemeinsame Außenelektronen zur Erlangung eines stabilen Bindungszustandes. Bei tiefen Temperaturen sind alle Elektronen fest im Atomgitter eingebunden. Durch Temperaturerhöhung oder anderweitige Energiezufuhr können einzelne Elektronen aus dem Gitter ausbrechen und als nahezu freie Ladungsträger durch den Festkörper "vagabundieren". An der von ihnen hinterlassenen Lücke herrscht Elektronenmangel. Man sagt auch: Es existiert ein Loch.

Wird eine äußere Spannung an den Halbleiter angelegt, dann wandern die freien Elektronen in Richtung zur positiven Elektrode (Anode). Außerdem werden die von ihnen zurückgelassenen Löcher immer wieder durch benachbarte Elektronen aufgefüllt. Diese Elektronen wechseln von ihrem Gitterplatz aus in die freie Stelle. Sie sind nicht mit den freien Elektronen zu verwechseln, die sich im Gitterverband bewegen. Durch aufeinanderfolgende Wiederholung dieses Vorganges gelangen die Löcher allmählich zur negativen Elektrode (Katode).

Die Löcher verhalten sich wie positive Ladungsträger. Bei der entgegengesetzt gerichteten Wanderung von Löchern und frei beweglichen Elektronen bleibt es nicht aus, dass sich ein freies Elektron in eine freie Stelle im Gitter einfügt und dadurch beide Ladungsträger für die elektrische Leitung ausfallen. Dieser Vorgang wird als Rekombination bezeichnet.

Während zum Herauslösen von Elektronen aus dem Atomgitter Energie erforderlich ist, wird bei der Rekombination von Elektronen und Löchern Energie frei, die meist in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben wird.