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Aufgabe

n- und p-Halbleiter

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

a)Welcher Halbleiter liegt vor, wenn Silizium mit fünfwertigem Arsen dotiert wird? Skizzieren Sie eine flächenhafte schematische Darstellung eines solchen Halbleiters.

b)Welcher Halbleiter liegt vor, wenn Silizium mit dreiwertigem Indium dotiert wird? Skizzieren Sie eine flächenhafte schematische Darstellung eines solchen Halbleiters.

c)Wie ist das elektrische Verhalten von dotierten Halbleitern in der Nähe des absoluten Nullpunkts zu beschreiben?

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Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 mit Phosphor dotierter Halbleiter (n-dotiert)
Joachim Herz Stiftung
Abb. 2 mit Bor dotierter Halbleiter (p-dotiert)

a)Durch den Einbau eines fünfwertigen Atoms in den Silizium-Kristall entsteht ein n-Leiter (Abb. 1).

Das fünfte Valenzelektron des Fremdatoms ist nach dem Einbau in den Si-Kristall nur noch schwach gebunden. Schon bei niedrigen Temperaturen löst es sich von seinem "Mutteratom" und steht als freier Ladungsträger zur Verfügung. Entfernt sich dieses Elektron vom "Mutteratom", so entsteht an dieser Stelle eine ortsfeste positive Ladung.

b)Durch den Einbau eines dreiwertigen Atoms in den Silizium-Kristall entsteht ein p-Leiter (Abb. 2).

Die zur Verfügung stehenden drei Valenzelektronen können keine vollständige Bindung im Kristallgitter bewirken. Ein Elektronenpaar ist nicht vollständig. Es besteht daher eine hohe Wahrscheinlichkeit für die Aufnahme eines Elektrons zur Wiederherstellung der Elektronenpaarbindung. Die Besetzung der Elektronenlücke in dem dreiwertigen Fremdatom bedeutet das Entstehen einer ortsfesten negativen Ladung und gleichzeitig das Entstehen eines Lochs an anderer Stelle.

c)Auch dotierte Halbleiter verhalten sich in der Nähe des absoluten Nullpunktes wie Isolatoren.