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Dotierung

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Dotierung

Glaubst du uns, dass ohne das Dotieren kein modernes elektrisches Gerät funktionieren würde? In modernen Handys oder Computern sind Transistoren eingebaut. Diese Transistoren benötigen dotierte Halbleiter, um zu funktionieren. Warum das so sinnvoll ist, wie das Ganze funktioniert und wo Du diese Halbleiter im Alltag finden kannst, erfährst Du in diesem Artikel.

Dotierung Definition Physik

Was steckt also hinter dem Begriff Dotierung?

Um ein nicht leitfähiges Halbleitermaterial leitfähig zu machen, werden diesem Material Fremdatome hinzugefügt. Dieser Vorgang wird als Dotierung bezeichnet.

Bei der Dotierung wird die Gitterstruktur von Halbleiterkristallen gezielt modifiziert. Dies erfolgt durch das Hinzufügen von Fremdatomen, auch Störstellen genannt.

Doch was bedeutet das genau?

Dotierung Bedeutung

Durch die Veränderung der Gitterstruktur des Halbleiterkristalles verändern sich nicht nur die strukturellen Eigenschaften. Es verändern sich auch die optischen und die für den Halbleiter wichtigen elektrischen Eigenschaften. Je nachdem, welche Art des Halbleiters hergestellt wird, werden unterschiedliche Elemente verwendet. Die hergestellten Halbleiter sind dann entweder p- oder n-dotiert.

Welche Elemente genau benutzt werden, spielt bei der Herstellung eine wichtige Rolle.

Elemente bei der Dotierung

Für die Herstellung von Halbleitern werden zum einen ein Ausgangselement und zum anderen Fremdatome oder Dotieratome benötigt. Zunächst erfährst Du was über die Ausgangsatome.

Zur Herstellung von Halbleitern werden die Elemente Silicium und Germanium verwendet. Diese Elemente gehören der vierten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente an. Demnach haben sie vier Außenelektronen.

In der Gitterstruktur sind fast alle Elektronen fest gebunden. Bei Zimmertemperatur hat reines Silicium lediglich ein freies Elektron auf 100 Millionen Siliciumatome. Dem entsprechend ist die Leitfähigkeit bei Normaltemperatur sehr gering.

Das Ausgangsmaterial bei der Dotierung ist in der Regel ein Element der vierten Hauptgruppe. Diese Elemente haben vier Elektronen auf der Außenschale. Bei Raumtemperatur haben sie nur wenig freie Elektronen und leiten Strom dementsprechend schlecht.

In Abbildung 1 siehst Du ein undotiertes Siliciumgitter.

Die Elektronen am Rand der Abbildung kommen übrigens aus einem größeren Gitter. Du kannst dir vorstellen, dass dies nur ein kleiner Ausschnitt eines Siliciumgitters ist und es über den Rand hinweg genau so fortgesetzt wird.

Die Siliciumatome erkennst Du an dem Elementsymbol Si. Sie sind mit einem Kreis umrandet, welches den Kern des Atoms darstellen soll. Außerhalb des Kerns kannst Du außerdem blaue Punkte erkennen. Das sind die Elektronen. Der durchgezogene Strich zu einem Siliciumatom zeigt, von welchem Atom diese Elektronen stammen. Zwei benachbarte Elektronen sind in einer Elektronenbindung miteinander verbunden.

Zwei Elektronen verschiedener Atome können eine Bindung eingehen. Diese Elektronen sind dann gebunden. Freie Elektronen haben keinen Bindungspartner und können sich, mit wenig Energieaufwand, von ihrem Atom lösen und sich dann frei bewegen. Gebundene Elektronen können auch zu freien Elektronen werden, wenn einem System genug Energie, etwa Wärme, zugefügt wird. Dabei lösen sich die Elektronen aus den Bindungen heraus.

Das Ausgangselement bei der Dotierung ist also ein vierwertiges Element wie Silicium oder Germanium. Sie haben bei Normaltemperatur eine geringe Leitfähigkeit. Normaltemperatur bedeutet im Grunde bei Raumtemperatur, also ca. 25 °C. Dies sollen die Fremdatome ändern.

Wenn Du noch mal genauer nachschauen willst wie Leiter generell funktionieren und was mit der Temperaturabhängigkeit von Halbleitern auf sich hat, schau dir am besten den passenden Artikel zu Leitern an.

Fremdatome, welche in die Gitterstruktur eingesetzt werden, sind entweder dreiwertig oder fünfwertig. Dreiwertig bedeutet, dass diese Atome drei Außenelektronen haben. Fünfwertig bedeutet, dass diese Atome fünf Außenelektronen haben.

Dreiwertige Atome, die infrage kommen, sind zum Beispiel Bor, Aluminium und Indium. Dabei ist Bor hierfür das relevanteste Element.

Mögliche fünfwertige Atome sind zum Beispiel Phosphor, Arsen und Antimon. Dabei ist Phosphor hierfür das relevanteste Element.

Die Fremdatome bei der Dotierung weichen in der Regel um ein Elektron auf der Außenschale gegenüber des Ausgangselements ab. Für Ausgangselemente der vierten Hauptgruppe kommen also Elemente der dritten oder fünften Hauptgruppe infrage.

Weitere Informationen zu Elementen und deren Elektronen findest Du unter dem Kapitel Atommodelle.

Der Unterschied liegt also bei den Außenelektronen. Aber wie funktioniert ein Halbleiter eigentlich?

Dotierung Halbleiter

Halbleiter können auf zwei Art und Weisen leitfähig gemacht werden. Zum einen kann die Temperatur erhöht werden und zum anderen ist es die Dotierung. Durch die Dotierung wird die Konzentration der Ladungsträger im Halbleiter abgeändert. Ladungsträger sind im Grunde bewegliche Teilchen, die eine Ladung transportieren. Das nennt sich dann elektrischer Strom. Es gibt negative und positive Ladungsträger. Der Unterschied bei ihnen liegt dabei in der Elementarladung.

Negative Ladungsträger sind negativ geladen. Das können entweder freie Elektronen sein oder Atome, die ein Elektron zu viel haben. Diese Atome sind die sogenannten Anionen.

Positive Ladungsträger sind positiv geladen. Das sind dann entweder Protonen oder Atome, welchen Elektronen fehlen. Diese Atome werden als Kationen bezeichnet.

Die postiven Ladungsträger haben bei den Halbleitern noch eine andere Bezeichnung. Dazu gibt es gleich mehr.

In Halbleitern können negative oder positive Ladungsträger eingebaut werden. Mit der Unterscheidung der Ladungsträger wird auch zwischen den Dotierungen unterschieden.

Die Dotierung verändert die Konzentration der Ladungsträger im Halbleiter. Es können positive oder negative Ladungsträger eingebaut werden. Mit dieser Unterscheidung wird auch zwischen den Dotierarten unterschieden.

Welche Teilchen das sind und was es mit den unterschiedlichen Dotierungsarten auf sich hat, erfährst du in den nächsten beiden Abschnitten.

n-Dotierung

Bei der n-Dotierung wird die Konzentration der negativen Ladungsträger erhöht. Dabei werden Elemente benutzt, die mehr Außenelektronen besitzen als das Ausgangselement.

Wenn vom vierwertigen Silicium ausgegangen wird, muss bei der n-Dotierung ein fünfwertiges Element wie Phosphor benutzt werden. Diese Elemente mit mehr Außenelektronen werden als Donatoren bezeichnet. Das kommt daher, dass das zusätzliche Elektron im Halbleiter frei beweglich ist.

In Abbildung 2 siehst Du eine Zeichnung eines dotierten Siliciumgitters, in das ein Phosphoratom eingebaut wurde.

Das Phosphoratom kannst Du hier an dem Elementsymbol Ph erkennen. Dieses hat ebenfalls vier gebundene Elektronen. Das zusätzliche, ungebundene, Elektron vom Phosphor ist hier grün dargestellt und nicht gebunden. Es ist schon bei Normaltemperatur frei beweglich. Diese Elektronen sind hier die Ladungsträger.

Das Phosphoeratom ist fest im Gitter installiert. Wenn sich das ungebundene Elektron nun vom ihm löst, hinterlässt es eine unbewegliche positive Ladung.

In Abbildung 3 siehst du eine Zeichnung dazu.

Wenn nun an dem fertig dotierten Halbleiter eine Spannung angelegt wird, fließt ein Strom. Somit wandern die Elektronen durch den Halbleiter Richtung Pluspol.

Wie schaut es nun bei der p-Dotierung aus?

p-Dotierung

Bei der p-Dotierung wird die Konzentration der positiven Ladungsträger erhöht. Hier werden Elemente benutzt, die weniger Außenelektronen besitzen als das Ausgangselement.

Wenn vom vierwertigen Silicium ausgegangen wird, muss bei der p-Dotierung ein dreiwertiges Element wie Bor benutzt werden. Diese Elemente mit weniger Außenelektronen werden als Akzeptoren bezeichnet. Das kommt daher, weil durch das fehlende Elektron im Halbleiter Elektronen für eine Elektronenbindung fehlen. Diese Stellen im Gitter werden Löcher oder Defektelektronen genannt.

In Abbildung 4 siehst Du eine Zeichnung eines dotierten Siliziumgitters, in das ein Boratom eingebaut wurde.

Das Boratom kannst Du hier an dem Elementsymbol B erkennen. Dieses hat anders als der Phosphor nur drei Elektronen auf der Außenschale, die gebunden werden können. Durch das fehlende Elektron kann keine vierte Bindung mit den benachbarten Siliciumatomen hergestellt werden. Hier entsteht das Loch, oder Defektelektron. Schon bei Normatemperatur können sich Elektronen des Ausgangselements in das Loch setzen.

Wie das theoretisch aussieht, kannst Du in Abbildung 5 erkennen.

Wenn nun an dem fertig dotierten Halbleiter eine Spannung angelegt wird, fließt erneut ein Strom. Wie oben beschrieben wandern die Elektronen des Ausgangselements in die neu eingebauten Löcher. Dadurch hinterlassen sie wiederum selbst Löcher.

Die so entstandenen Löcher sind positiv geladen. Außerdem sind sie frei beweglich, weil weitere Elektronen von benachbarten Siliciumatomen in diese Löcher rein wandern können. Die Löcher wandern in die entgegengesetzte Richtung der Elektronenwanderung. Sie sind hier die Ladungsträger.

Die eingebauten Atome haben in diesem Fall ein Elektron "akzeptiert" und sind negativ geladen. Diese negativen Ladungen sind fest im Gitter eingebaut.

Dotierung Bändermodell

Die zwei Arten der Dotierung bringen den Halbleiter in jedem Fall dazu, Strom zu leiten. Jedoch sind die Gründe dafür unterschiedlich. Wodurch kommt das?

In Abbildung 6 kannst Du sehen, wie das Bändermodell eines Halbleiters aussieht.

Das Valenzband des Halbleiters ist von dem Leitungsband durch eine Bandlücke getrennt, welche das Leiten von Strom beeinflusst. Je größer die Bandlücke ist, desto schwieriger wird es für ein Material, Strom zu leiten.

In Abbildung 7 kannst Du die beiden Bändermodelle der dotierten Halbleiter betrachten.

Das Dotieratom hat ein anderes Energieniveau als das Ausgangselement des Halbleiters. Dieses Energieniveau befindet sich in der Bänderlücke des Halbleiters.

Bei einem n-Halbleiter befindet sich das Energieniveau in der Nähe des Leitungsbandes und heißt Donatorniveau. Wie oben beschrieben steht durch das fünfwertige Dotieratom ein freies Elektron zur Verfügung. Da das Elektron nicht gebunden ist, besitzt dieses eine geringere Bindungsenergie. Deshalb kann es mit vergleichsweise wenig Energie in das Leitungsband gehoben werden.

Elektronen im Leitungsband können sich im Material frei bewegen und Energie transportieren. Dadurch wird der Halbleiter leitfähig.

Ein Beispiel dafür siehst Du in Abbildung 8.

Bei einem p-Halbleiter befindet sich das Energieniveau in der Nähe des Valenzbandes und heißt Akzeptorniveau. Wie oben beschrieben steht durch das dreiwertige Dotierelement ein Loch zur Verfügung. Auch hier ist die Bindungsenergie des Valenzbandes zu dem Akzeptorniveau gering. Das Loch kann also mit vergleichsweise wenig Energie durch ein Elektron aus dem Valenzband besetzt werden.

Durch die positiven Ladungen im Valenzband, beziehungsweise Löcher, kann Energie transportiert werden. Der Halbleiter ist somit leitfähig.

Wie das ausschaut siehst Du in Abbildung 9.

Die Energieniveaus der Dotierelemente sind so gering, dass die jeweiligen Elektronen schon bei Normaltemperatur mit den korrespondierenden Bändern interagieren können. Dadurch werden die Dotieratome ionisiert und bewegliche Ladungsträger im Leitungs- sowie im Valenzband erzeugt. Diese Ladungsträger können Energie transportieren, wodurch der Halbleiter leitfähig gemacht wurde.

Wenn Du dich noch mal genauer mit dem Bändermodell beschäftigen möchtest, dass schau doch mal am besten in den Artikel zur Funktionsweise einer Diode (Bändermodell) rein.

Bisher konntest Du erfahren, was die Dotierung ist, was dafür verwendet wird und zum großen Teil auch, warum überhaupt dotiert wird. Ein großer Teil des "Warum" ist aber auch die Anwendung im Alltag.

Bedeutung der Dotierung im Alltag

In diesem Abschnitt lernst Du, wo Du die Dotierung im Alltag finden kannst. Zuletzt lernst Du noch ein paar Dotierverfahren kennen.

Dotierung Solarzelle

Solarzellen sind eine der vielfältigen Methoden, um eine Form der Energie in elektrischen Strom umzuwandeln. Das Ausgangsmaterial der Solarzellen ist Silicium. Bei der Herstellung der Zellen werden die Siliciumscheiben leitfähiger gemacht.

Die sonnenzugewandte Schicht wird n-dotiert. Dafür werden die Elemente Phosphor, Arsen oder Antimon in Frage.

Die sonnenabgewandte Schicht wird p-dotiert. Dafür wird Aluminium, Bor, Indium oder Gallium verwendet.

Wenn Du mehr über die Solarzelle erfahren willst oder generell, wie sich die Menschen die Energie der Sonne zunutze machen, schaue am besten im Artikel zu Solarkraftwerken rein.

Die Anwendungsformen der Dotierung findest Du möglicherweise aber auch ganz in deiner Nähe.

Dotierung Handy und Computer

Wie am Anfang des Artikels bereits erwähnt, findest Du die Dotierung beispielsweise auch in Handys oder Computern. In diesen technischen Wunderwerken sind nämlich Transistoren verbaut. Um Transistoren zu bauen, werden dotierte Halbleiter benötigt.

Tatsächlich funktioniert keine moderne Technik mehr ohne Transistoren. In günstigeren Handys sind bereits 150 Milliarden Transistoren verbaut. Ein CPU eines heutigen Computers benötigt ungefähr 500 Millionen Transistoren. Sie dienen hauptsächlich als Schalter, um den Stromfluss zu regulieren. Dadurch kann ein Computer gezielte Rechenoperationen an und ausschalten.

Mehr zu Transistoren findest Du in dem gleichnamigen Artikel von uns dazu.

Zum Schluss kannst Du im folgenden Abschnitt noch die Verfahren der Dotierung kennenlernen.

Halbleiter Dotierung Verfahren

Für die Dotierung kommen zurzeit vier Verfahren infrage.

Legierung

Hier wird der Halbleiter zunächst gezielt teilweise aufgelöst. Dabei wird eine Metall-Halbleiter-Schmelze erzeugt, welche hinterher wieder auskristallisiert wird.

Diffusion

Die Diffusion beschreibt einen thermisch aktiven Ausgleichsprozess unterschiedlicher Konzentrationen von Teilchen. Diese Prozesse können in Festkörpern, in Flüssigkeiten oder in Gasen stattfinden. Weiterhin findet dieser Prozess ohne weitere äußere Einwirkungen statt.

Die Fremdatome diffundieren als Gas und bei erhöhter Temperatur durch das Gitter des Ausgangselements. Dabei bewegen sie sich hauptsächlich über Zwischengitterdiffusion oder Leerstellendiffusion fort. Bei der Zwischengitterdiffusion bewegen sich die Fremdatome zwischen den Atomen des Ausgangselements im Gitter. Bei der Leerstellendiffusion besetzen sie leer stehende Fehlstellen im Gitter. Selten können die Fremdatome auch mit Atomen des Ausgangsmaterials die Plätze tauschen.

Um die Dotierung abzuschließen, wird der Halbleiter abrupt abgekühlt. Dadurch wird die Dotierverteilung sozusagen eingefroren. Die Konzentrationen ändern sich danach nicht mehr sonderlich.

Für mehr Informationen zur Diffusion kannst Du im gleichnamigen Artikel von und nachschauen.

Ionenimplantation

Bei dieser Methode werden geladene Fremdatome beschleunigt und auf das Ziel gelenkt. Diese Fremdatome, oder Ionen, dringen dann in das Zielmaterial ein. Es kommt zu Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Atomkernen. Die Fremdatome werden in dem Zielmaterial eingeschlossen, wobei es zu elastischen und unelastischen Stößen kommt. Diese Stöße brechen die Bindungen der Atome im Zielmaterial auf.

Neutronen initiierten Kerntransmutation

Hier wird das zu dotierende Material mit Neutronen bestrahlt. Die Neutronen lagern sich dann an den Atomen des Hauptmaterials an. Dadurch wird die Massenzahl einiger Atome erhöht. Das kann dann zu stabilen oder instabilen Atomkernen führen. Die instabilen Kerne zerfallen dann in Isotope eines anderen Elements. Isotope sind Elemente mit einer abweichenden Massezahl.

Mehr zu Isotopen findest du in dem entsprechenden Artikel von uns.

Dotierung - Das Wichtigste

  • Die Gitterstruktur von Halbleiterkristallen wird gezielt modifiziert. Fremdatome, oder auch Störstellen, werden dem Gitter hinzugefügt.
    • elektrische Eigenschaften des Materials verändern sich
  • Zur Herstellung von Halbleitern werden die Elemente Silicium und Germanium verwendet. Diese Elemente gehören der vierten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente an. Demnach haben sie vier Außenelektronen.
  • Fremdatome sind entweder dreiwertig oder fünfwertig.
    • Dreiwertige Atome sind zum Beispiel Bor, Aluminium und Indium.
    • Mögliche fünfwertige Atome sind zum Beispiel Phosphor, Arsen und Antimon.
    • Dreiwertige Atome haben drei, wobei fünfwertige Atome fünf Außenelektronen besitzen.
  • Die Dotierung verändert die Konzentration der Ladungsträger im Halbleiter. Es können positive oder negative Ladungsträger eingebaut werden.
    • Bei der n-Dotierung werden Elemente mit mehr Außenelektronen als das Ausgangselement benutzt. Sie werden als Donatoren bezeichnet. Das zusätzliche Elektron im Halbleiter ist frei beweglich. Diese freien Elektronen sind hier die Ladungsträger.
    • Bei der p-Dotierung werden Elemente mit weniger Außenelektronen als das Ausgangselement benutzt. Diese Elemente werden Akzeptoren genannt. Durch das fehlende Elektron wird eine Bindung im Gitter weniger eingegangen. Diese Stellen werden Löcher oder Defektelektronen genannt.
      • Wenn das Loch des Dotieratoms besetzt wurde, entsteht ein neues Loch. In dieses Loch kann sich erneut ein freies Elektron reinsetzen. Diese Löcher sind frei beweglich und somit die Ladungsträger.
  • Im Bändermodell haben die Dotieratome ein Energieniveau in der Bandlücke.
    • Mit wenig Energie können die Dotieratome ionisiert werden.
    • Elektronen im Leitungsband und Löcher im Valenzband sind beweglich und können Ladung transportieren.
  • Zur Dotierung werden vier Verfahren benutzt: Legierung, Diffusion, Ionenimplantation, Neutronen initiierte Kerntransmutation

Häufig gestellte Fragen zum Thema Dotierung

Bei der Dotierung wird die Gitterstruktur von Halbleiterkristallen gezielt modifiziert. Dies erfolgt durch das Hinzufügen von Fremdatomen, auch Störstellen genannt.

Mit der Dotierung können einem Halbleiter gezielt Ladungsträger hinzugefügt werden. Dadurch wird die elektrische Leitfähigkeit des Halbleiters so beeinflusst, dass diese perfekt den Bedingungen der Anwendung entspricht.

Silicium und Germanium befinden sich in der vierten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente. Zur Dotierung werden Elemente benutzt, welche ein Elektron mehr oder weniger auf der Außenschale besitzen. Somit eignen sich je nach Anwendung Elemente der dritten und fünften Hauptgruppe. Beispiele dafür wären für die dritte Hauptgruppe: Bor, Aluminium oder Indium. Für die fünfte Hauptgruppe eignen sich etwa Phophor, Arsen oder Antimon.

Halbleiter leiten durch die sogenannte Elektronen- oder Löcherleitung Strom. Bei der n-Dotierung werden dem Halbleiter durch die Fremdatome freie Elektronen hinzugefügt. Diese Elektronen können sich dann im Halbleiter frei bewegen. Bei der p-Dotierung werden dem Halbleiter durch die Fremdatome Löcher hinzugefügt. In diese Löcher können sich die freien Elektronen des Hauptmaterials setzen. Dadurch entstehen wiederum Löcher, welche positiv geladen sind. Diese Löcher können erneut von freien Elektronen besetzt werden. Somit leiten die positiv geladenen Löcher entgegen der Elektronenwanderung Strom.

Finales Dotierung Quiz

Frage

Beschreibe, was bei der Dotierung gemacht wird

Antwort anzeigen

Antwort

Bei der Dotierung wird die Gitterstruktur von Halbleiterkristallen gezielt modifiziert. Dies erfolgt durch das Hinzufügen von Fremdatomen, auch Störstellen genannt.

Frage anzeigen

Frage

Bestimme, welche Eigenschaften sich durch das Hinzufügen von Fremdatomen bei einem Halbleiter verändern.

Antwort anzeigen

Antwort

Strukturelle Eigenschaften

Frage anzeigen

Frage

Nenne, welche Eigenschaften eines Halbleiters für die Dotierung am wichtigsten sind.

Antwort anzeigen

Antwort

Die elektrischen Eigenschaften sind die wichtigsten.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die Arten der Dotierung.

Antwort anzeigen

Antwort

Es gibt die n-Dotierung und die p-Dotierung.

Frage anzeigen

Frage

Nenne, welche Ausgangselemente die wichtigsten bei der Dotierung sind.

Antwort anzeigen

Antwort

Silicium und Germanium werden am häufigsten benutzt.

Frage anzeigen

Frage

Bestimme die Hauptgruppe der Ausgangselemente.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Ausgangselemente gehören der vierten Hauptgruppe an.

Frage anzeigen

Frage

Begründe, warum die Ausgangselemente bei Normaltemperatur nicht gut leitfähig sind.

Antwort anzeigen

Antwort

Fast alle Elektronen im Gitter sind fest gebunden. Sie haben zu wenig freie Elektronen.

Frage anzeigen

Frage

Nenne, wie viele Elektronen die Ausgangselemente auf der Außenschale haben.

Antwort anzeigen

Antwort

Sie haben vier Außenelektronen.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe, was gebundene Elektronen sind.

Antwort anzeigen

Antwort

Atome können, über ihre Außenelektronen, mit anderen Atomen Bindungen eingehen. Dabei werden immer zwei Elektronen gebunden.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe, was freie Elektronen sind.

Antwort anzeigen

Antwort

Freie Elektronen sind Außenelektronen von Elementen, welche keinen Bindungspartner haben.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe, was ist das Interessante an freien Elektronen bei der Dotierung ist.

Antwort anzeigen

Antwort

Freie Elektronen können sich mit wenig Energieaufwand von ihrem Element lösen. Sie sind dann frei beweglich und können so Energie transportieren.

Frage anzeigen

Frage

Bestimme die Ausgangselemente für die Dotierung.

Antwort anzeigen

Antwort

Elemente der vierten Hauptgruppe

Frage anzeigen

Frage

Entscheide und begründe, ob gebundene Elektronen auch freie Elektronen werden können.

Antwort anzeigen

Antwort

Ja, dafür muss einem System Energie zugefügt werden, um die Bindung aufzutrennen.

Frage anzeigen

Frage

Bestimme die Wertigkeit der Ausgangselemente bei der Dotierung.

Antwort anzeigen

Antwort

Das Ausgangselement ist vierwertig.

Frage anzeigen

Frage

Bestimme die gängigen Ausgangselemente bei der Dotierung.

Antwort anzeigen

Antwort

Silicium

Frage anzeigen

Frage

Bestimme die Wertigkeit der Fremdatome bei der Dotierung.

Antwort anzeigen

Antwort

Dreiwertig

Frage anzeigen

Frage

Bestimme, welche Elemente als Fremdatome bei der p-Dotierung infrage kommen.

Antwort anzeigen

Antwort

Bor

Frage anzeigen

Frage

Bestimme, welche Elemente bei der n-Dotierung infrage kommen.

Antwort anzeigen

Antwort

Phosphor

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was ein fünfwertiges Element ist.

Antwort anzeigen

Antwort

Das Element hat fünf Außenelektronen.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was ein dreiwertiges Element ist.

Antwort anzeigen

Antwort

Das Element hat drei Außenelektronen.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe den Unterschied zwischen den Ausgangselementen und den Fremdatomen.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Fremdatome weichen von dem Ausgangselement bei der Anzahl der Außenelektronen um ein Elektron ab.

Frage anzeigen

Frage

Entscheide, welcher Hauptgruppe die Fremdatome angehören.

Antwort anzeigen

Antwort

Dritte Hauptgruppe

Frage anzeigen

Frage

Nenne, wie ein Halbleiter noch leitfähig gemacht werden kann.

Antwort anzeigen

Antwort

Durch die Erhöhung der Temperatur werden gebundene Elektronen frei. Diese können dann Energie leiten.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe, was Ladungsträger sind.

Antwort anzeigen

Antwort

Ladungsträger sind bewegliche Teilchen, welche Ladung transportieren können.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe, was mit den Ladungsträgern in einem Halbleiter passiert, wenn dieser dotiert wird.

Antwort anzeigen

Antwort

Bei der Dotierung wird die Konzentration der Ladungsträger im Halbleiter verändert. Es werden mehr Ladungsträger eingebaut.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die Arten der Ladungsträger.

Antwort anzeigen

Antwort

Es gibt positive und negative Ladungsträger.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die Art der Ladungsträger, die bei der n-Dotierung eingebaut werden.

Antwort anzeigen

Antwort

Es werden negative Ladungsträger eingebaut.

Frage anzeigen

Frage

Bestimme, wie die Elemente bei der n-Dotierung allgemein heißen.

Antwort anzeigen

Antwort

Donatoren.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die Besonderheit der Donatoren.

Antwort anzeigen

Antwort

Donatoren bringen ein ungebundenes, oder freies Elektron mit in das Gitter.

Frage anzeigen

Frage

Nenne, wie viele Außenelektronen die Fremdatome bei der n-Dotierung haben.

Antwort anzeigen

Antwort

Sie haben fünf Außenelektronen.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die Art der Ladungsträger bei einem n-Halbleiter.

Antwort anzeigen

Antwort

Die freien Elektronen leiten hier den Strom.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was bei der n-Dotierung mit dem Fremdatom passiert, welches vom ungebundenen/freien Elektron verlassen wird.

Antwort anzeigen

Antwort

Das Fremdatom bleibt an seiner Position und ist dann positiv geladen.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe, was passiert, wenn an einem n-Halbleiter eine Spannung angelegt wird.

Antwort anzeigen

Antwort

Es fließt ein Strom. Die Elektronen bewegen sich als Ladungsträger in Richtung Pluspol.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die Art der Ladungsträger, die bei der p-Dotierung eingebaut werden.

Antwort anzeigen

Antwort

Es werden positive Ladungsträger eingebaut.

Frage anzeigen

Frage

Bestimme, wie die Elemente bei der p-Dotierung allgemein heißen.

Antwort anzeigen

Antwort

Akzeptoren

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was das Besondere bei den Akzeptoren ist.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Akzeptoren haben ein Elektron weniger als das Ausgangselement. Somit gehen sie eine Bindung weniger ein und haben somit Platz für ein freies Elektron.

Frage anzeigen

Frage

Nenne, wie viele Außenelektronen die Fremdatome bei der p-Dotierung haben.

Antwort anzeigen

Antwort

Sie haben drei Außenelektronen.

Frage anzeigen

Frage

Bestimme die Ladungsträger bei einem p-Halbleiter.

Antwort anzeigen

Antwort

Angefangen mit dem Defektelektron, sind es die sogenannten Löcher.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, wie weitere Löcher, neben dem Defektelektron des Akzeptors entstehen.

Antwort anzeigen

Antwort

Wenn sich Elektronen des Ausgangsmaterials in die Defektelektronen des Fremdatoms setzen, entstehen dort Löcher, wo die Elektronen herkommen.

Frage anzeigen

Frage

Bestimme, was mit dem Fremdatom passiert, wenn sich ein Elektron in das Defektelektron gesetzt hat.

Antwort anzeigen

Antwort

Es wird negativ geladen.

Frage anzeigen

Frage

Bestimme, was mit dem Atom des Ausgangselements passiert, wenn es ein Elektron an das Defektelektron verloren hat.

Antwort anzeigen

Antwort

Es wird positiv geladen.

Frage anzeigen

Frage

Entscheide und begründe, ob das Defektelektron/Loch ein Teilchen, wie etwa ein Elektron ist.

Antwort anzeigen

Antwort

Nein, das Defektelektron/Loch ist kein Teilchen. Es ist lediglich eine Hilfe, um sich die Leitfähigkeit eines p-Halbleiters, erklären zu können.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was passiert, wenn ein Strom an einem p-Halbleiter angelegt wird.

Antwort anzeigen

Antwort

Elektronen setzen sich in die durch die Fremdatome generierten Löcher und erzeugen an deren Ursprungsstellen neue Löcher. Dies wiederholt sich wieder mit den neuen Löchern. Diese Löcher wandern in die entgegengesetzte Richtung der Elektronenwanderung.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe das Bändermodell eines Halbleiters.

Antwort anzeigen

Antwort

Das Leitungsband und das Valenzband sind durch eine Bandlücke getrennt.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was mit dem Bändermodell eines Halbleiters nach einer n-Dotierung passiert.

Antwort anzeigen

Antwort

Innerhalb der Bandlücke werden Energieniveaus in der Nähe des Leitungsbandes eingebaut.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was mit dem Bändermodell eines Halbleiters nach einer p-Dotierung passiert.

Antwort anzeigen

Antwort

Innerhalb der Bandlücke werden in der Nähe des Valenzbandes Energieniveaus eingebaut.

Frage anzeigen

Frage

Benenne die neu eingebauten Energieniveaus bei der n-Dotierung.

Antwort anzeigen

Antwort

Sie heißen Donatorniveaus.

Frage anzeigen

Frage

Benenne die neu eingebauten Energieniveaus bei der p-Dotierung.

Antwort anzeigen

Antwort

Sie heißen Akzeptorniveaus.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre die Funktion der Bandlücke in einem Bändermodell.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Bandlücke gibt Auskunft darüber, wie gut ein Halbleiter Strom leiten kann. Je größer die Bandlücke ist, desto schlechter kann Strom geleitet werden.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, wie ein Halbleiter durch das Einbauen eines Donatorniveaus Strom leiten kann.

Antwort anzeigen

Antwort

Das freie Elektron des Donators hat eine geringe Bindungsenergie. Es kann vom Donatorniveau mit wenig Aufwand in das Leitungsband gehoben werden. Elektronen im Leitungsband können sich frei bewegen und Ladung transportieren.

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