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Leitung in Halbleitern

In Halbleitern erfolgt ein Leitungsvorgang, weil durch Dotieren frei bewegliche (wanderungsfähige) Elektronen und Löcher vorhanden sind. Beim Anlegen einer Spannung und damit beim Vorhandensein eines elektrischen Feldes bewegen sich die Elektronen und die Löcher gerichtet.

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Entsprechend dem allgemeinen Leitungsmodell müssen für einen elektrischen Leitungsvorgang zwei Voraussetzungen erfüllt sein:

1. Vorhandensein frei beweglicher (wanderungsfähiger) Ladungsträger: In reinen Halbleitern stehen nur sehr wenige Elektronen und Löcher (Defektelektronen) für den Leitungsvorgang zur Verfügung. Durch Dotieren kann ihre Anzahl gezielt vergrößert werden.

2. Existenz eines elektrischen Feldes: Das wird durch Anlegen einer elektrischen Spannung erreicht.

Der Verlauf des elektrischen Leitungsvorganges in Halbleitern ist dadurch gekennzeichnet, dass

  • sich Elektronen und Löcher (Defektelektronen) gerichtet bewegen,
  • die gerichtete Bewegung der Elektronen bzw. der Löcher durch die Atome behindert wird,
  • elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt wird.

Auftreten und Anwendung von Leitungsvorgängen in Halbleitern

Leitungsvorgänge in Halbleitern werden vor allem bei elektronischen Bauelementen angewendet. Dazu gehören Thermistoren ebenso wie Halbleiterdioden, Transistoren oder integrierte Schaltkreise als komplexe Bauelemente.
Genauere Informationen zu den einzelnen Bauelementen sind unter den betreffenden Stichwörtern zu finden.

Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Leitung in Halbleitern." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/leitung-halbleitern (Abgerufen: 20. July 2025, 22:18 UTC)

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Halbleiter sind Stoffe, die bezüglich ihrer elektrischen Leitfähigkeit zwischen der von Isolatoren und der von Leitern liegen. Ihre breite technische Nutzung begann nach der Entdeckung des Transistoreffekts (1948). Ohne die Halbleiterelektronik sind moderne technische Geräte nicht denkbar. Die physikalischen Grundlagen dafür sind elektrische Leitungsvorgänge in Halbleitermaterialien wie Germanium und Silicium, wobei deren Leitfähigkeit durch den gezielten Einbau von Fremdatomen (Dotieren) in weiten Grenzen beeinflusst werden kann. Heute existieren eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen für die unterschiedlichsten Anwendungen.

Arbeit und Energie im elektrischen Feld

Befinden sich elektrisch geladene Körper oder Teilchen im elektrischen Feld und sind sie frei beweglich, so wirkt auf sie eine Feldkraft, die Arbeit an diesen Körpern bzw. Teilchen verrichtet. Will man umgekehrt geladene Körper oder Teilchen im Feld bewegen, so muss Arbeit verrichtet werden, wenn die Bewegung entgegen der Feldkraft erfolgen soll. Die erforderliche Feldkraft kann bei einfachen Feldformen berechnet werden.
Wird an geladenen Körpern oder Teilchen mechanische Arbeit verrichtet, so ändert sich ihre Energie. Dabei gilt für den Zusammenhang zwischen Arbeit und Energie der allgemeine Zusammenhang W = Δ E .

Leitung in Metallen

In Metallen sind infolge der Metallbindung frei bewegliche (wanderungsfähige) Elektronen vorhanden. Beim Anlegen einer Spannung und damit beim Vorhandensein eines elektrischen Feldes bewegen sich die Elektronen gerichtet. Der Leitungsvorgang wird durch die Ladungsträgerdichte und die Beweglichkeit der Ladungsträger bestimmt. Diese beiden Größen beeinflussen auch den elektrischen Widerstand. Bei Stromfluss in einem elektrischen Leiter wird stets ein Teil der elektrischen Energie in thermische Energie umgewandelt.
Der Widerstand metallischer Leiter ist temperaturabhängig. Das kann z.B. zum Bau von Metall-Widerstandsthermometern genutzt werden.

Blitze und Blitzschutzanlagen

Blitze sind elektrische Entladungen zwischen Wolken bzw. zwischen einer Wolke und der Erdoberfläche. Die mittlere Stromstärke beträgt ca. 40.000 A bei einem Durchmesser der Blitze von 10 bis 20 cm, ihre Länge meist 2 bis 3 km und ihre Dauer weniger als 1 s. Weltweit werden 70 bis 100 Blitze in jeder Sekunde registriert.
Blitze können erhebliche Schäden hervorrufen. Um sich vor solchen Schäden zu schützen, werden in gefährdeten Gebieten an Gebäuden Blitzschutzanlagen angebracht. Vor Blitzen geschützt ist auch ein von Metall umgebener Raum, etwa eine Pkw-Karosserie. Sie wirkt wie ein FARADAY-Käfig. Elektronische Geräte oder Kabel werden durch eine metallische Ummantelung vor starken elektrischen Feldern abgeschirmt.

Wissenstest, Elektrische Leitungsvorgänge

Leitungsvorgänge in den verschiedenen Stoffen und im Vakuum werden in der Technik in vielfältiger Weise genutzt. Mit Überlandleitungen wird elektrische Energie übertragen. Ein Haushalt ohne Beleuchtung und die vielfältigen elektrischen Geräte wäre undenkbar. Die gesamte Halbleiterelektronik beruht auf Leitungsvorängen in Halbleitern. Im Test können Sie unter Beweis stellen, dass Sie grundlegende Kenntnisse über die elektrischen Leitungsvorgänge in den verschiedenen Stoffen und im Vakuum besitzen.

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