Naturstoffe – Neue Materialien sogenanntes Loch h+. Dieses Loch kann durch ein Valenz elektron eines benachbarten Silicium-Atoms aufgefüllt werden, wodurch nun in diesem ein Loch entsteht (vgl. den auf S. 80 beschriebenen „hopping“Prozess). Elektrische Ladung wird hier in Form von positiven Löchern transportiert, man spricht von einem p-do tierten Halbleiter. Im Energiebändermodell entspricht dies einem Absinken der unteren Kante des Leitungsbands, so dass durch geringe Energiezufuhr (,Ep in B2) Leitfähigkeit erzeugt wird. Auch III/V-Halbleiter lassen sich ähnlich wie Silicium dotieren. Bei der Herstellung von LEDs durch organometallische Gasphasen-Epitaxie1 baut man Schichten aus pund n-dotierten III/V-Halbleitern auf. Die einfachste Variante einer LED besteht aus einem kleinen Halbleiter-Sandwich aus einer p-dotierten Schicht und einer n-dotierten Schicht. Ihre Kontaktfläche wird als p/n-Übergang bezeichnet (B3). ER W EIT ER UN G· VE RT IEF UN G· AN W EN DU NG B2 p-Dotierung von Silicium und Einfluss auf die Lage von Valenzband und Leitungsband bzw. auf die Bandlücke bei Halbleitern. A: Erklären Sie, warum es nur bei der p-Dotierung zur Bildung eines positiven „Lochs“ kommt. 248 Dotierung von Silicium Silicium ist der bekannteste unter den anorganischen Halbleitern. Als solcher leitet Silicium wie die Metalle den Strom, ohne stofflichen Veränderungen zu unterliegen. Die elektrische Leitfähigkeit ist bei Raumtemperatur allerdings sehr gering, nimmt aber im Gegensatz zu den Metallen bei Energiezufuhr zu (vgl. S. 80). Am häufigsten wird Silicium derzeit für Computer-Chips und Solarzellen verwendet. Die Bandlücke (vgl. S. 80) von Silicium ist mit , E = 1,1 eV relativ groß. Sie kann durch Dotierung verkleinert werden. Unter Dotierung versteht man das Zufügen von Atomen eines Elements aus der III. oder aus der V. Hauptgruppe des Periodensystems in einem Anteil von ca. 30 ppb (parts per billion, also 30 Fremd-Atome pro Milliarde Silicium-Atome). Dotiert man z.B. mit Phosphor-Atomen, liegt im Atomgitter ein Überschuss an Elektronen vor, da nur vier der fünf Valenzelektronen eines jeden Phosphor-Atoms zur Ausbildung von Elektronenpaarbindungen benötigt werden. Die überschüssigen Elektronen erhöhen die Leitfähigkeit des Silicium-Kristalls, da sie durch gerings te Energiezufuhr (,En in B1) in das Leitungsband gehoben werden können. Da die Leitung durch elektrisch negative Ladung erfolgt, spricht man von einem n-dotierten Halbleiter. Wenn man dagegen mit Bor dotiert, so wird durch jedes Bor-Atom eine Elektronenfehlstelle erzeugt, ein B1 n-Dotierung von Silicium und Einfluss der Dotierung auf die Lage von Valenzband und Leitungsband bzw. auf die Bandlücke bei Halbleitern. A: Erklären Sie, welchen Einfluss die Dotierung von Silicium auf die Wellenlänge des absorbierten Lichts hat. n-Dotierung Silicium-Atom Phosphor-Atom E Leitungsband Valenzband ,En ,E überschüssiges Elektron + p-Dotierung Silicium-Atom Bor-Atom positives „Loch“+ ,Ep E Leitungsband Valenzband ,E 1 Epitaxie (griech. epi– auf, taxis – das Ordnen). Das geord nete Aufwachsen einer Substanz auf einer einkristallinen Unterlage, dem Substrat. (Vgl. Chemie 2000+ Online zur Herstellung von LEDs.) hn p-Halbleiter n-Halbleiter + – p/n-ÜbergangE p-Halbleiter n-Halbleiter LB VB Eg e– e– e– e– h+ h+ h+ h+ hn hn B3 Polung einer LED und Modelldarstellung der Vorgänge am p/nÜbergang Anorganische Halbleiter für Licht und Farben 3377_01_01_2012_Kap4_212_273 09.03.15 08:03 Seite 248 Nu r z u Pr üf zw ec k n Ei ge tu m d s C .C . uc hn er V er la gs