1

Gestörte HalbleiterJede Störung des Idealgitters (Realstruktur) kann zusätzliche Energiezustände für Elektronen erzeugen, die oft in der verbotenen Zone liegen:

Nichtstöchiometrische Zusammensetzung Einbau von Fremdteilchen anstelle regulärer Gitterteilchen Unbesetzte Gitterplätze

Unterstöchiometrie Schottky-Fehlstellen (Atome sind zum Rand des Kristalls ausgewandert)

Zwischengitterteilchen Überstöchiometrie Frenkel-Fehlstellen (Atome sind aus den ordentlichen Gitterplätzen ausgewandert)

Grenzen des Kristalls und die Kristallitgrenzen Versetzungen (Dislokationen) Unvollständige Ordnung des Kristalls

Donator AkzeptorP, As (5e-) B, Al, Ga (3e-)

im Si, Ge (4e-)Konzentration der Fremdatome 10-6

2

Dotierte (extrinsische) Halbleiter

Zusätzliche „Leitungselektronen“ (bei P, As)

Zusätzliche Löcher (Ba, Al, Ga)

Überschuss-Halbleiter (Typ n) mit Donoren (P, As)

Mangel-Halbleiter (Typ p) mit Akzeptoren (B, Al, Ga)

3

Die Fermi-Energie in gestörten Halbleitern

Bei 0K liegt die Fermi-Energie zwischen dem neuen Energieband und E0.

Bei hohen Temperaturen nähert sich die Fermi-Energie dem Wert Eg/2, wie in intrinsischen Halbleitern.

Die größten Unterschiede in den elektrischen Eigenschaften sind bei niedrigen Temperaturen (< 400K) zu erwarten.

In den Halbleitern mit der p-Leitung ist die Temperaturabhängigkeit umgekehrt.

Halbleiter mit der n-Leitung

4

Anzahl der Ladungsträger (pro Volumeneinheit) und die elektrische

Leitfähigkeit

Kleine Konzentration der fremden Atome

(a) Große Konzentration der fremden Atome

(b) Kleine Konzentration der fremden Atome

5

Der Hall-EffektHalbleiter (oder Metall) im magnetischen Feld

Ohne Feld:Die Konzentration der Elektronen entlang der y Richtung ist homogen

Im Feld:Auf die Elektronen wirkt zusätzlich die Lorentz-Kraft, die Verteilung der Elektronen entlang y ist nicht homogen, dabei entsteht ein elektrisches Feld

Lorentz-Kraft:

evBFBv

BveF

Hall-Kraft:

HEeF

Gleichgewicht:

vBEEeBve

H

H

0

Hall-Konstante:

jBE

eNR

jBRBeNjE

Nvej

HH

HH

1Das Zeichen der Hall-Konstante ist anders für n und p.

6

Die IVa, IIIa-Va und IIa-VIa Halbleiter

IIIa-VaGaAs: P63mc, a = 3,912 Å, c = 6,441 Å

GaAs: F-43m, a = 5,508 ÅInAs: F-43m, a = 6,058 Å

GaSb: F-43m, a = 6,095 ÅInSb: F-43m, a = 6,479 Å

IIa-VIaCdTe: Fm3m, a = 6,410 ÅCdTe: F-43m, a = 6,410 Å

IVaSi: Fd3m, a = 5,431 ÅGe: Fd3m, a = 5,623 Å

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Die IVa und IIIa-Va Halbleiter

IIIa-VaGaAs: P63mc, a = 3,912 Å, c = 6,441 Å

GaAs: F-43m, a = 5,508 ÅInAs: F-43m, a = 6,058 Å

GaSb: F-43m, a = 6,095 ÅInSb: F-43m, a = 6,479 Å

IVaSi: Fd3m, a = 5,431 ÅGe: Fd3m, a = 5,623 Å