Arten und Klassifizierungen von Halbleitermaterialien

Halbleitermaterialien sind für die moderne Elektronik unverzichtbar. Sie werden bei der Herstellung von verschiedenen Geräten wie Transistoren, Dioden und integrierten Schaltkreisen verwendet. Wir wollen das Funktionsprinzip und die verschiedenen Arten, die heute in der Industrie verwendet werden, näher untersuchen.

Was ist ein Halbleiter?

Ein Halbleiter ist ein Material, dessen elektrische Leitfähigkeit zwischen der eines Leiters und eines Isolators liegt. Das bedeutet, dass Halbleiter unter bestimmten Bedingungen Strom leiten können, aber nicht so leitfähig sind wie Metalle. Die bekanntesten Halbleitermaterialien sind Silizium (Si) und Germanium (Ge). Aufgrund ihrer Eigenschaften sind sie für die Herstellung von elektronischen Bauteilen wie Mikrochips, Solarzellen und Leuchtdioden (LEDs) unerlässlich.

Die leitenden Eigenschaften von Halbleitern können durch das Einbringen von Verunreinigungen verändert werden, ein Prozess, der als Dotierung bezeichnet wird. Durch die Zugabe verschiedener Arten von Dotierstoffen kann die elektrische Leitfähigkeit des Materials gesteuert werden, wodurch es möglich wird, spezifische elektrische Eigenschaften für verschiedene Anwendungen zu schaffen.

Wie funktionieren Halbleiter?

Halbleiter basieren auf dem Verhalten von Elektronen und Löchern, um Elektrizität zu leiten. Im reinen Zustand hat ein Halbleiter nur wenige freie Elektronen, die Strom leiten können. Durch das Einbringen von Verunreinigungen (Dotierstoffen) kann jedoch die Anzahl der freien Elektronen oder Löcher (die Abwesenheit eines Elektrons) erhöht werden.

Wenn eine externe Spannung an einen Halbleiter angelegt wird, bewegen sich die Elektronen in Richtung der positiven Seite, während sich die Löcher in Richtung der negativen Seite bewegen. Diese Bewegung erzeugt einen elektrischen Strom. Dies ist das grundlegende Funktionsprinzip von Dioden, Transistoren und anderen auf Halbleitern basierenden Geräten.

Arten von Halbleitern

Es gibt zwei Haupttypen von Halbleitern: intrinsische und extrinsische.

Intrinsische Halbleiter: Dies sind reine Materialien, die nicht mit Verunreinigungen dotiert wurden. Die Leitfähigkeit von intrinsischen Halbleitern hängt von der Temperatur ab, und am absoluten Nullpunkt leiten sie keinen Strom.

Extrinsische Halbleiter: Dies sind Halbleiter, die absichtlich mit Verunreinigungen dotiert wurden, um ihre Leitfähigkeit zu erhöhen. Durch die Dotierung werden dem Material je nach Art des Dotierstoffs freie Elektronen oder Löcher hinzugefügt. Extrinsische Halbleiter können in zwei Typen unterteilt werden:

• N-Typ (negativer Typ): Diese Halbleiter sind mit Elementen dotiert, die zusätzliche Elektronen liefern, was ihre Leitfähigkeit erhöht.
• P-Typ (Positiv-Typ): Diese Halbleiter sind mit Elementen dotiert, die Löcher erzeugen, die ebenfalls die Leitfähigkeit erhöhen.

Gruppen von Halbleitermaterialien

Halbleitermaterialien werden im Allgemeinen nach ihrem Element- oder Verbindungscharakter eingeteilt. Einige der Hauptgruppen sind:

Elementare Halbleiter: Dazu gehören Materialien wie Silizium (Si) und Germanium (Ge), die reine Elemente sind und in der Halbleiterherstellung am häufigsten verwendet werden.

Verbindungshalbleiter: Diese bestehen aus zwei oder mehr Elementen und werden häufig für spezielle Anwendungen wie die Optoelektronik verwendet. Beispiele sind Galliumarsenid (GaAs) und Indiumphosphid (InP).

Organische Halbleiter: Diese Materialien basieren auf kohlenstoffhaltigen Verbindungen und werden in der flexiblen Elektronik, in organischen Leuchtdioden (OLEDs) und in organischen Solarzellen verwendet.

Legierungshalbleiter: Sie bestehen aus zwei oder mehr Elementen in unterschiedlichen Anteilen, um Halbleiter mit spezifischen elektrischen Eigenschaften zu erzeugen. Galliumarsenid-Phosphid (GaAsP) wird zum Beispiel in LEDs verwendet.

Liste der Halbleitermaterialien

Hier finden Sie eine Liste der am häufigsten verwendeten Halbleitermaterialien:

Diese Materialien werden auf der Grundlage ihrer spezifischen elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften ausgewählt und kommen in Anwendungen zum Einsatz, die von alltäglicher Elektronik bis hin zu fortschrittlichen Technologien wie Lasern und Solarzellen reichen.

Weitere Lektüre: Die unverzichtbare Liste der Elektronikmaterialien

Häufig gestellte Fragen

Woraus werden Halbleiter hergestellt?
Halbleiter werden in der Regel aus Elementen wie Silizium (Si), Germanium (Ge) und Verbundwerkstoffen wie Galliumarsenid (GaAs) und Indiumphosphid (InP) hergestellt.

Wie unterscheiden sich Halbleiter von Isolatoren und Leitern?
Die Leitfähigkeit von Halbleitern liegt zwischen der von Isolatoren (die keinen Strom leiten) und der von Leitern (die einen leichten Stromfluss ermöglichen). Ihre Leitfähigkeit kann durch Dotierung gesteuert werden.

Was ist Dotierung bei Halbleitern?
Unter Dotierung versteht man die Zugabe von Verunreinigungen zu einem Halbleitermaterial, um dessen elektrische Eigenschaften zu verändern. Dies ist wichtig, um verschiedene Arten von Halbleitern zu erzeugen, wie z. B. N-Typ und P-Typ.

Was sind einige Anwendungen von Halbleitern?
Halbleiter werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter Transistoren, Dioden, Mikrochips, Solarzellen und Leuchtdioden (LEDs).

Wofür werden Verbindungshalbleiter verwendet?
Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid (GaAs) und Galliumnitrid (GaN) werden aufgrund ihrer hervorragenden elektrischen und optischen Eigenschaften in der Hochgeschwindigkeitselektronik, der Optoelektronik und in Leistungsgeräten eingesetzt.