Halbleiterwirkung

Halbleiterwirkung bezeichnet die charakteristischen elektrischen und optischen Phänomene in Halbleitermaterialien, die aus ihrer elektronischen Struktur resultieren. Halbleiter besitzen eine Bandlücke und können durch Dotierung gezielt n- oder p-Leitung erhalten. Dadurch treten Elektronen- und Lochträger in unterschiedlicher Konzentration auf; je nach Typ dominiert der Transport durch Elektronen (n-Typ) oder durch Löcher (p-Typ), während die andere Trägerart in geringerer Menge vorhanden ist. Die resultierende Leitfähigkeit lässt sich durch Temperatur, Dotierung und äußere Felder gezielt steuern.

Der Ladungstransport erfolgt durch Drift unter elektrischen Feldern und durch Diffusion infolge von Konzentrationsunterschieden. Die Mobilität der Träger, μn und μp, bestimmt ihre Geschwindigkeit. Die elektrische Leitfähigkeit wird häufig beschrieben durch σ = q(n μn + p μp), wobei n und p die Trägerdichten darstellen. Mit steigender Temperatur wächst die intrinsische Trägerdichte, und Halbleiter werden auch ohne Dotierung leitfähiger; bei dotierten Materialien dominiert jedoch der jeweilige Mehrträger.

Zu den zentralen Halbleiterwirkungen gehören der p-n Übergang mit Verarmungszone, der Gleichstrom- und Sperrverhalten, sowie die Diode als grundlegendes Nichtlinearbauelement. Transistoren nutzen Verstärkung und Schaltschwellen, wobei Bipolartransistoren (BJT) und Feldeffekttransistoren (FET) typische Bauformen sind. Lichtabsorption regt Träger an, wodurch photokonduktive und photovoltaische Effekte entstehen; Halbleiter finden daher umfassende optische Anwendungen von LEDs bis zu Solarzellen.

Typische Halbleitermaterialien sind Silizium, Germanium sowie III-V-Verbindungen wie GaAs und InP. Die Halbleitertechnik verbindet Materialwissenschaft, Elektronik und Photonik und ermöglicht Anwendungen von Mikroprozessoren über Solarzellen bis hin zu Sensoren.