Halbleiter

In der Elektrotechnik unterscheidet man zwischen aktiven und passiven elektronischen Bauelementen. Unter passiven Bauelementen versteht man elektrische Widerstände, Kondensatoren (bzw. Kapazitäten) und Spulen (bzw. Induktivitäten). Ihre elektrischen Eigenschaften sind zeitlich konstant und können bestenfalls durch das Verschieben mechanischer Elemente (z. B. regelbare Widerstände (= Potenziometer) und regelbare Kondensatoren) angepasst werden. Unter aktiven Bauelementen versteht man solche, die eine nicht-lineare Strom-Spannungskennlinie aufweisen und Schaltfunktionen übernehmen. Dazu zählen insbesondere Dioden (elektrische Gleichrichterfunktion von Wechselströmen) und Transistoren (elektronische Schalter), welche sich Halbleitermaterialien zunutze machen. Im Falle der Dioden stehen neben der „klassischen“ Gleichrichterfunktion die Lichtabsorption (Photodiode und Solarzelle) und die Lichtemission (Laser- und Leuchtdiode) im Vordergrund. Halbleiter nehmen mit ihren vielfältigen Anwendungsgebieten die zentrale Rolle bei den Materialien der Elektronik und Energietechnik ein. Um diesem Umstand gerecht zu werden, behandelt Kap. 3 ausführlich vier Halbleiterklassen und deren Anwendungsgebiete. Abschn. 3.1 widmet sich dem Halbleitermaterial Silizium, welches die schaltende Elektronik und Mikroelektronik dominiert. Neben der Herstellung des Halbleitermaterials Silizium wird die Dotierung des Materials und die Anwendung in bipolaren und unipolaren elektronischen Schaltbauelementen erörtert. Abschn. 3.2 behandelt die Verbindungshalbleiter und deren Einsatz in Leucht- und Laserdioden. Ergänzend wird auf Anwendungen in schnellschaltenden und leistungsstarken Transistoren eingegangen. Abschn. 3.3 befasst sich mit polykristallinen und amorphen Halbleitern, wie sie häufig in Solarzellen und Dünnschichttransistoren zum Einsatz kommen. Eine vergleichsweise neue Materialklasse bilden die in Abschn. 3.4 vorgestellten organischen Halbleiter, welche für großflächige, mittels nasschemischer Druckverfahren prozessierte, elektronische Bauelementanwendungen von großem Interesse sind. Vier Tafeln zu den Themenkomplexen Ladungsträgerstatistik im Halbleiter (Tafel A), Bandstruktur (Tafel B), Solarzellen (Tafel C) und Grundzüge der Si-Halbleitertechnologie (Tafel D) vertiefen die naturwissenschaftlichen und technologischen Grundlagen.