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1.3  Die Störstellenleitung
Die Eigenleitfähigkeit ist sehr klein wegen der geringen Paarbildung im Kristall bei der Normaltemperatur 20°C .
Die Anwendung von undotiertem Material beschränkt sich auf NTC-Widerstände (Heißleiter) oder auf lichtabhängige Widerstände (LDR). Alle anderen Halbleiterbauelemente haben eine um ca. 106 -fach größere Leitfähigkeit. Diese erreicht man durch Hinzufügen = Dotieren mit 5-wertigen oder mit 3-wertigen Fremdatomen. Die Dotierung geschieht bei ca. 1200°C in einem Ofen. Die Halbleiter-Waferscheiben nehmen dabei durch Diffusion die Dotierungsstoffe aus einem Gas auf, das sie umfließt. Die Konzentration des Gases und die Dotierungszeit wird so gesteuert, dass bei der Normaldotierung etwa folgendes Verhältnis vorhanden ist:
Fremdatome   :   Halbleiteratome   ca.   →   1   :   107
Dotierung mit 5-wertigen Fremdatomen :

Bild 1.3.1

5-wertige Elemente sind z.B. Arsen As, Antimon Sb und Phosphor P .
5-wertige Elemente haben 5 Valenzelektronen. Davon binden sich 4 Elektronen an die umgebenden Siliziumatome.   Ein Elektron bleibt übrig. Es ist ungebunden und wird zu einem freien Elektron (Bild 1.3.1). Dadurch vermehrt sich die Elektronenleitung im Kristall um ca. 106 bis 107 -fach, je nach Dotierungsdichte. Das Halbleitermaterial wird
negativ leitend → N-Leitung . Dabei sind
Elektronen = Majoritätsträger
→ relative Anzahl = 106 bis 107
Defektelektronen = Minoritätsträger
→ relative Anzahl = 1
Die Minoritätsträger rühren von der Eigenleitung her.
Je nach Dotierungsdichte gibt es:
N oder N+ oder auch N++ - Halbleitermaterial .
Im Gegensatz zur Eigenleitung ist die Leitfähigkeit der Störstellenleitung nicht temperaturabhängig sondern nur von der Dotierungsdichte abhängig.
Dotierung mit 3-wertigen Elementen :

Bild 1.3.2

3-wertige Elemente sind z.B. Indium In, Aluminium Al und Bor B .
3-wertige Elemente haben 3 Valenzelektronen. Die umgebenden 4 Siliziumatome können nur diese 3 Valenzelektronen abbinden. Eine Elektronenstelle bleibt unbesetzt (Bild 1.3.2). Es ist ein Elektronenloch = Defektelektron vorhandenen, das Nachbarelektronen anzieht. Es wird zu einem freien Defektelektron. Dadurch vermehrt sich die Defektelektronenleitung im Kristall um ca. 106 bis 107 -fach, je nach Dotierungsdichte. Das Halbleitermaterial wird positiv leitend → P-Leitung. Dabei sind
Defektelektronen = Majoritätsträger
→ relative Anzahl = 106 bis 107
Elektronen = Minoritätsträger
→ relative Anzahl = 1
Die Minoritätsträger rühren von der Eigenleitung her.

Je nach Dotierungsdichte gibt es:
P oder P+ oder auch P++ - Halbleitermaterial .
Die 5-wertigen Dotierungselemente heißen Donatoren = Elektronenspender.
Die 3-wertigen Dotierungselemente heißen Akzeptoren = Elektronennehmer.
In beiden Fällen ist das Atomgitter des Halbleitermaterials gestört, daher der Name Störstellenleitung.

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