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Halbleiter sind Stoffe, die sowohl Eigenschaften von Isolatoren als auch von Leitern besitzen. Welche dieser Eigenschaften überwiegen, wird von den äußeren Bedingungen und von Störungen in der Struktur des Atomgitters eines Halbleiters bestimmt. Eines der wichtigsten Halbleitermaterialien ist Silicium.

Halbleiter waren bereits im 19 Jahrhundert bekannt und wurden auch als Gleichrichter genutzt. Da aber weder Eigenschaften genauer untersucht waren noch die technischen Voraussetzungen für die Herstellung von Halbleitern mit bestimmten Eigenschaften bestanden, konzentrierten sich Physik und Technik zunächst auf die Entwicklung von Elektronenröhren und deren Anwendung.
Der entscheidenden Durchbruch gelang 1947-1949 mit der Entdeckung des Transistoreffekts.
Erste Anwendungen von Transistoren kamen ab 1953 auf den Markt (Hörgeräte, Transistorradios).
In den sechziger Jahren begann die Entwicklung von Chips. 1965 konnte man 30 Bauelemente auf einem Chip unterbringen, heute sind es weit über eine Million.

Körper, die den elektrischen Strom schlecht oder gar nicht leiten, nennt man Isolatoren oder elektrische Nichtleiter.
Glas, Gummi, Kunststoffe, Lacke oder Luft und andere Gase sind unter normalen Bedingungen Isolatoren. Sie werden deshalb zur Isolation elektrischer Leitungen und zur Isolation bei elektrischen Geräten genutzt.

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.

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.

Hier kannst du dich selbst testen. So kannst du dich gezielt auf Prüfungen und Klausuren vorbereiten oder deine Lernerfolge kontrollieren.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Elektrische Leitungsvorgänge".

Viel Spaß beim Beantworten der Fragen!

WISSENSTEST

Das Bändermodell zur Beschreibung elektrischer Leitungsvorgänge hat seine Grundlagen in einer quantenmechanischen Beschreibung der energetischen Zustände fester Stoffe, in denen eine große Zahl von Atomen periodisch angeordnet sind. Es ist ein Modell für die Energiezustände von Elektronen in einem Festkörper und geeignet, die Leitfähigkeit unterschiedlicher Stoffe anschaulich zu beschreiben.
Die für die elektrische Leitung verantwortlichen freien Ladungen verhalten sich im Kristallgitter wie ein Elektronengas. Zwischen seinen Teilchen existiert eine Wechselwirkung, die klassisch durch die elektrostatischen Kräfte verstanden werden kann. Quantenmechanisch beansprucht jedes Elektron wegen der Gültigkeit der Unschärferelation ein eigenes Impulsintervall bestimmter Größe. Im Beitrag wird eine vereinfachte Darstellung des Bändermodells für Leiter, Halbleiter und Nichtleiter gegeben.

Die Atombindung ist eine der drei chemischen Hauptbindungsarten, zu denen man auch die Ionenbindung und die Metallbindung zählt. Die Atombindung tritt am deutlichsten bei Molekülen in Erscheinung, die aus gleichen Atomen bestehen.

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

Körper, die den elektrischen Strom gut leiten, nennt man elektrische Leiter.
Besonders gut leiten Körper aus Kupfer und aus Aluminium den elektrischen Strom. Sie werden deshalb auch für elektrische Leitungen eingesetzt.

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.