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Einführung in das revolutionäre Halbleitermaterial

Die jüngste Entwicklung auf dem Gebiet der Elektronik ist hauptsächlich auf eine spezielle Art von Material zurückzuführen, durch das viele Errungenschaften erzielt wurden. Heute geben wir Ihnen einen kurzen Überblick über dieses wertvolle Material namens Halbleiter. Fast 20 Jahre zuvor hatten wir eine andere Art von Vakuumröhren, die in verschiedenen Formen und Größen in der Elektronikindustrie erhältlich waren. Vakuumröhren waren für die damalige Zeit gut, aber die Einführung von Halbleitern hat die Szene komplett verändert. Halbleiter sind leicht, klein, einfach im Aufbau, zuverlässig, effektiv, kostengünstig und erzeugen wenig Wärme.

Halbleitertheorie:

                                           Ein Halbleitermaterial ist ein Material, dessen elektrische Eigenschaften zwischen denen von Isolatoren und guten Leitern liegen, z. Germanium und Silizium etc. Mit anderen Worten nennt man das Material, das dem Strom 102 Ohm × cm entgegensetzt, Halbleiter. Siliziummaterial wird in der Industrie am häufigsten verwendet, aber es sind auch Kohlenstoff, Germanium und Galliumarsenid erhältlich. Gemäß den Energiebandbasen bei Raumtemperatur besitzen diese Materialien ein leeres Leitungsband und ein teilweise gefülltes Valenzband. Zwischen diesen Bändern gibt es eine kleine Energielücke (gleich 1 eV). Der Widerstand dieses Materials nimmt mit zunehmender Temperatur ab, da es die Energielücke zusammendrückt. Aus diesem Grund ist Halbleitermaterial als negativer Temperaturkoeffizient bekannt.

Diejenigen Elektronen, die in der letzten Bahn/Schale um den Kern kreisen, nennt man Valenzelektronen. Das Atom ist stabil geworden, wenn die Valenzelektronen in ihrer letzten Schale abgeschlossen sind, es können nur noch 8 Elektronen in der Valenzschale untergebracht werden. Sobald es abgeschlossen ist, kann kein einziges Elektron die Valenzschale emittieren oder in sie eindringen. Es gibt 4 Elektronen in der Valenzschale von Silizium und Germanium. Silizium wird 1823 entdeckt, während Germanium 1886 entdeckt wird.

Diese Bahnen um einen Atomkern, in denen Elektronen kreisen, nennt man Energiehüllen. Das vom Kern entfernte Elektron hat eine hohe Energie im Vergleich zu dem Elektron, das sich in einer zum Kern geschlossenen Hülle befindet. Diese Elektronen sind stark mit dem Kern verbunden, der sich in der Nähe des Kerns befindet. Wenn ein Atom Energie gewinnt, springt es in die höhere Schale weg vom Kern, aber wenn ein Atom Energie verliert, bewegt es sich zurück in seine ursprüngliche Schale. Elektrisch ist ein Atom aufgrund der gleichen Anzahl von Elektronen und Protonen, die in einem Atom vorhanden sind, neutral.

                 

Wie wir wissen, enthält ein Siliziumatom 2 Elektronen in seiner ersten Schale, 8 Elektronen in der zweiten und 4 in der Valenz- oder dritten Schale. Dies gilt für ein einzelnes Atom, aber wenn sich wenige Atome miteinander verbinden, bilden sie eine solide automatische Anordnung, die als kristalline Struktur bezeichnet wird. Diese Anordnung erfolgt aufgrund kovalenter Bindung. Eine kovalente Bindung ist die Art der Bindung, bei der zwei oder mehr Atome Valenzschalenelektronen miteinander teilen. Wie wir wissen, ist ein Atom elektrisch stabil, aber chemisch instabil. Beide gleichen Atome müssen stabil sein, damit sie ihre Elektronen teilen.

Wenn die Umgebungstemperatur vom absoluten Nullwert erhöht wird, wird dort Wärmeenergie erzeugt, die im Ergebnis Vibrationen im Silizium/Germanium-Kristall erzeugt. Oft emittieren die angeregten Elektronen aufgrund thermischer Energie aus ihrer Valenzschale. Diese Wahl wird jetzt als freies Elektron bezeichnet, weil sie nicht unter der Wirkung eines Kerns steht. Das emittierte Elektron hinterlässt eine Leerstelle, die wie eine positive Ladung wirkt. Dieser Prozess findet in jedem Atom statt, das insgesamt eine große Anzahl freier Elektronen und Löcher ergibt.


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