Hallo,
Ich habe verschiede Zeichnungen zum Bändermodell gefunden. Jetzt weiß ich langsam nicht mehr was stimmt und was nicht. Daher habe ich jetzt folgende Frage:
Es gibt ja das Valenzband ( unten ) und das Leitungsband (oben). Dazwischen ist etw. Freiraum.
n-Halbleiter:
Wo befinden sich jetzt die Atomrümpfe ? Wo befinden sich die festen Elektronen ?? Wo befinden sich die freien Elektronen ?
Meiner Meinung nach haben die Atomrümpfe in der Bänderdarstellung überhaupt nichts verloren.
Wo befinden sich die
festen Elektronen ??
Damit meinst Du wahrscheinlich die Außenelektronen, die die Bindungen zu den Nachbaratomen aufbauen. Diese Elektronen befinden sich im Valenzband.
Wo befinden sich die freien Elektronen ?
Bei einem reinen Halbleiter ist das Valenzband komplett gefüllt. Durch Dotierung bringt man nun Atome in den Kristall ein, die 3 bzw. 5 Elektronen mitbringen. Im Falle der n-Dotierung gibt es pro Fremdatom ein Elektron, das kein Platz mehr im Valenzband hat. Also muss es im Leitungsband liegen. Bei der p-Dotierung gibt es im Valenzband pro Fremdatom eine freie Stelle, ein „Loch“. Da in diesem Fall das Valenzband nicht mehr voll besetzt ist, gibt es die Möglichkeit, dass auch im Valenzband Elektronen verschoben werden. Die Löcher bewegen sich in umgekehrter Richtung -> Löcherleitung. (stark vereinfacht ausgedrückt)
Hallo Michael danke für die antwort aber ich habe nochmal eine Frage,
ich dachte die freien Elektronen im n-Leiter befinden sich im Valenzband und werden dann durch zugeführte Energie hochgehoben in das Leitungsband.
Sind sie von Anfang an im Leitungsband können sie ja einfach fließen oder ? Ok da ist noch die Raumladungszone aber ich dachte trotzdem dass die freien elektronen erst hochgehoben werden müssen und dann noch die RLZ überwinden müssen.
Gruß Jojo
Gruß Jojo
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ich dachte die freien Elektronen im n-Leiter befinden sich im
Valenzband und werden dann durch zugeführte Energie
hochgehoben in das Leitungsband.
Nein, sie befinden sich von Anfang an im Leitungsband. Ein n-dotierter Halbleiter hat daher einen erheblich geringeren Widerstand als ein reiner Halbleiter. Außerdem führt es beim pn-Übergang dazu, dass die freien Elektronen in den p-Leiter diffundieren und dort mit Löchern rekombinieren. Das ist energetisch günstiger, weil die Löcher im energetisch tiefer gelegenen Valenzband liegen, während die freien Elektronen aus dem energetisch höher gelegenen Leitungsband stammen. (Dieser Effekt wird z. B. bei Leuchtdioden ausgenützt). Durch die Umverteilung der Elektronen wird jedoch das gesamte Schema des p-Leiters angehoben und das des n-Leiters abgesenkt, bis die Energieen des jeweils energetisch höchsten Elektrons („Fermi-Niveau“) übereinstimmen.
Im Valenzband eines n-dotierten Halbleiters ist auch gar kein Platz vorhanden: Alle Energieniveaus sind besetzt und das Pauli-Prinzip verbietet, dass weitere Elektronen darin Platz nehmen.
ich dachte die freien Elektronen im n-Leiter befinden sich im
Valenzband und werden dann durch zugeführte Energie
hochgehoben in das Leitungsband.
Nein, sie befinden sich von Anfang an im Leitungsband. Ein
n-dotierter Halbleiter hat daher einen erheblich geringeren
Widerstand als ein reiner Halbleiter.
Moin,
eigentlich befinden sich die durch die n-Dotierung eingebrachten zusätzlichen Elektronen zwischen Valenz- und Leitungsband, also in der „verbotenen“ Zone, meist dicht unterhalb der Leitungsbandkante. Am absoluten Temperatur-Nullpunkt ist das jedenfalls so. Bei höheren Temperaturen können diese Elektronen aber leicht angeregt werden und ins Leitungsband gelangen. Daher sind bei Zimmertemperatur schon fast alle Elektronen im Leitungsband und der n-Halbleiter leitet gut.
eigentlich befinden sich die durch die n-Dotierung
eingebrachten zusätzlichen Elektronen zwischen Valenz- und
Leitungsband, also in der „verbotenen“ Zone, meist dicht
unterhalb der Leitungsbandkante.
Die verbotene Zone wäre keine verbotene Zone, wenn sich darin Elektronen aufhalten dürften. Liegt es vielleicht daran, dass man bei der Darstellung des Bändermodells so tut, als würden nur die Halbleiteratome zu den Bändern beitragen, dass aber die Fremdatome auch Niveaus anbieten, die zwischen Valenz- und Leitungsband liegen? Das würde dann bedeuten, dass „freie“ Elektronen unterhalb einer bestimmten Schwellentemperatur zu „gebundenen“ Elektronen werden würden. Denke ich da richtig? Falls ja: Weißt Du wie groß diese Schwellentemperatur typischerweise ist? (1 K, 10 K, 100 K, …?)
Die verbotene Zone wäre keine verbotene Zone, wenn sich darin
Elektronen aufhalten dürften. Liegt es vielleicht daran, dass
man bei der Darstellung des Bändermodells so tut, als würden
nur die Halbleiteratome zu den Bändern beitragen, dass aber
die Fremdatome auch Niveaus anbieten, die zwischen Valenz- und
Leitungsband liegen? Das würde dann bedeuten, dass „freie“
Elektronen unterhalb einer bestimmten Schwellentemperatur zu
„gebundenen“ Elektronen werden würden. Denke ich da richtig?
Falls ja: Weißt Du wie groß diese Schwellentemperatur
typischerweise ist? (1 K, 10 K, 100 K, …?)
Ja, die verbotene Zone (oder besser Energielücke) gilt für den reinen HL. Durch die Dotierung werden zusätzliche diskrete Energieniveaus erzeugt, die innerhelb der Energielücke liegen.
Das Temperaturverhalten hängt vom Abstand der Energieniveaus zur Leitungsbandkante ab. Die Leitfähigkeit ist proportional zu exp(-Energiedifferenz/2 * k * T).
