Halbleiter
Ein Halbleiter ist eine Substanz mit spezifischen elektrischen Eigenschaften, durch die sie sich als Grundlage für Computer und andere elektronische Geräte eignet. Es handelt sich in der Regel um ein festes chemisches Element oder eine Verbindung, die unter bestimmten Bedingungen Strom leitet, unter anderen jedoch nicht. Das macht sie zu einem idealen Medium für die Steuerung von elektrischem Strom und elektrische Geräte des täglichen Lebens.
Ein Stoff, der Strom leiten kann, wird als Leiter bezeichnet, ein Stoff, der Strom nicht leiten kann, als Isolator. Halbleiter haben Eigenschaften, die zwischen denen eines Leiters und eines Isolators liegen. Eine Diode, ein integrierter Schaltkreis (IC) und ein Transistor sind alle aus Halbleitern hergestellt.
Der Leitwert kann sich je nach Strom oder Spannung, die an eine Steuerelektrode angelegt wird, oder je nach Intensität der Bestrahlung mit Infrarot (IR), sichtbarem Licht, Ultraviolett oder Röntgenstrahlen ändern. Die spezifischen Eigenschaften eines Halbleiters hängen von den Verunreinigungen – den so genannten Dotierstoffen – ab, die ihm zugesetzt werden.
Wie funktionieren Halbleiter?
Die meisten Halbleiter bestehen aus Kristallen, die aus verschiedenen Materialien zusammengesetzt sind. Um die Funktionsweise von Halbleitern besser zu verstehen, muss man die Atome und die Anordnung der Elektronen im Atom verstehen. Elektronen ordnen sich innerhalb eines Atoms in Schichten an, die Schalen genannt werden. Die äußerste Schale des Atoms wird als Valenzschale bezeichnet.
Die Elektronen in dieser Valenzschale sind diejenigen, die Bindungen mit benachbarten Atomen eingehen. Solche Bindungen werden als kovalente Bindungen bezeichnet. Die meisten Leiter haben nur ein Elektron in der Valenzschale. Halbleiter hingegen haben in der Regel vier Elektronen in ihrer Valenzschale.
Wenn sich jedoch Atome in der Nähe befinden, welche die gleiche Valenz aufweisen, können sich Elektronen mit den Valenzelektronen anderer Atome verbinden. Wenn dies geschieht, ordnen sich die Atome zu Kristallstrukturen an. Die meisten Halbleiter werden mit solchen Kristallen hergestellt, vor allem mit Siliziumkristallen.
Was ist der Unterschied zwischen n- und p-Halbleitern?
Ein n- Halbleiter leitet Strom hauptsächlich in Form von negativ geladenen Elektronen, ähnlich wie bei der Stromleitung in einem Draht. Ein p-Halbleiter leitet Strom hauptsächlich in Form von Elektronenmängeln, die Löcher genannt werden. Ein Loch hat eine positive elektrische Ladung, die gleich und entgegengesetzt zur Ladung eines Elektrons ist. In einem Halbleitermaterial fließt der Strom in Form von Löchern in einer Richtung, die dem Stromfluss der Elektronen entgegengesetzt ist.
Zu den elementaren Halbleitern gehören Antimon, Arsen, Bor, Kohlenstoff, Germanium, Selen, Silizium, Schwefel und Tellur. Silizium ist der bekannteste unter ihnen und bildet die Grundlage der meisten ICs.
Zu den gängigen Halbleiterverbindungen gehören Galliumarsenid, Indiumantimonid und die Oxide der meisten Metalle. Auch Galliumarsenid (GaAs) ist häufig in rauscharmen, verstärkenden Geräten mit hoher Verstärkung für schwache Signale zu finden.
Ein Halbleiterbauelement kann die Funktion der ursprünglichen Vakuumröhre übernehmen, allerdings mit dem Hundertfachen ihres Volumens. Wie ein Mikroprozessorchip kann ein einziger IC die Arbeit einer Reihe von Vakuumröhren übernehmen, die ein großes Gebäude füllen und ein eigenes Stromerzeugungswerk erfordern würden.
Was ist ein Halbleiterchip?
Eine Halbleitersubstanz liegt zwischen dem Leiter und dem Isolator. Er kontrolliert und steuert den Stromfluss in elektronischen Geräten und Anlagen. Daher ist er ein beliebter Bestandteil elektronischer Chips, die für Computerkomponenten und eine Vielzahl von elektronischen Geräten, einschließlich Festkörperspeichern, hergestellt werden.
Was ist ein RF-Halbleiter?
Ein Hochfrequenz-Halbleiter (HF-Halbleiter) ist ein Bauelement, das zum Einschalten oder Gleichrichten von Strom in elektronischen Geräten verwendet wird. HF-Halbleiter arbeiten in einem Hochfrequenzspektrum von etwa 3 KHz bis 300 GHz.
Was ist ein optischer Halbleiterverstärker?
Ein optischer Halbleiterverstärker (Semiconductor Optical Amplifier, SOA) ist ein Element in Halbleitern, das Licht verstärkt. SOAs sind in optischen Transceiver-Modulen zu finden, die für die Kommunikation zwischen Rechenzentren verwendet werden.
In diesem Szenario verstärkt der SOA das für die Ethernet-Kommunikation notwendige optische Signal. Dieser Ansatz hilft, Übertragungsverluste auszugleichen.
Was ist der Unterschied zwischen einem intrinsischen und einem extrinsischen Halbleiter?
Der Hauptunterschied zwischen intrinsischen und extrinsischen Halbleitern ist ihre Form. Intrinsische Halbleiter zum Beispiel sind rein und bestehen nur aus einer Art von Material. Ihnen sind keinerlei Verunreinigungen beigefügt.
Im Gegensatz dazu sind extrinsische Halbleiter unrein. Extrinsische Halbleiter bestehen aus mehreren intrinsischen Halbleitern, denen andere Stoffe hinzugefügt wurden, um ihre Eigenschaften zu verändern. Bei diesen Substanzen handelt es sich in der Regel um dotierende drei- oder fünfwertige Verunreinigungen.
Was ist ein Fabless-Halbleiter?
Der Begriff Fabless bezeichnet Unternehmen, die Hardware und Halbleiterchips entwickeln, herstellen und verkaufen, aber keine eigenen Siliziumscheiben oder Chips herstellen. Stattdessen lagern sie die Herstellung an eine Gießerei oder eine andere Produktionsstätte aus.
