Grundlagen der Halbleitertechnologie Der Fortschritt der Halbleitertechnologie seit der Entwicklung des Transistors von John Bardeen, William Bradford Shockley und Walter Houser Brattain im Jahr 1947 hat ein enormes Spektrum an elektronischen Bauelementen hervorgebracht. Die Möglichkeiten, diese platz- und kostensparend auf immer kleinerem Raum unterzubringen, haben der Elektronik einen beispiellosen Siegeszug verschafft, durch die sie heute [...]
Wir wissen, dass sich die Materie, die uns in unserer Umwelt so vielseitig erscheint, aus einer doch relativ kleinen Zahl von verschiedenen Grundbestandteilen zusammensetzt. Von den elementaren Einheiten, die in chemischen Prozessen nicht weiter zerlegt werden können, den Atomen, lassen sich etwa 115 Sorten nachweisen, die man als Elemente bezeichnet. Die Atome selbst lassen sich [...]
Klassifizierung der Atome, Das Periodensystem der Elemente Die Atome lassen sich aufgrund ihres gegenseitigen Wechselwirkungsverhaltens, also aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften, in Elemente unterteilen. Bei allen chemischen Prozessen erfolgt lediglich eine Umordnung der Elektronenverteilung zwischen den Reaktionspartnern. Für das Verhalten der Elemente ist daher die Zahl der Elektronen, die sie an sich binden möchten, ausschlaggebend. Diese [...]
Besonderheiten des Periodensystems, die Edelgase Eine Besonderheit stellen die Elemente der 8. Hauptgruppe dar, die als Edelgase bezeichnet werden (He, Ne, Ar…). Bei ihnen ist die äußerste Schale komplett besetzt, wodurch eine energetisch sehr günstige Elektronenkonfiguration gegeben ist. Diese Elemente gehen daher in der Regel keine chemischen Reaktionen ein. Alle anderen Elemente haben prinzipiell das [...]
Wichtige Elemente der Halbleiterindustrie In der 4. Hauptgruppe des Periodensystems finden sich die sogenannten Elementhalbleiter (Si, Ge, …), die sich alleine zu einem Festkörper binden können. Ein Verbundhalbleiter dagegen wird durch Kombination von Elementen aus der III. und V. bzw der II. und VI. Hauptgruppe gebildet (z.B. GaAs, GaN). Zur Dotierung eines Halbleiters (Beeinflussung der [...]
Bindungen zwischen Atomen, der Festkörperverbund Treten mehrere Atome in Wechselwirkung, erfolgt oft eine Umverteilung der Elektronen unter den Reaktanden. Dabei entsteht eine energetisch günstigere Situation des Gesamtsystems, in dem die Atome aneinander gebunden sein können. Als elementare Grundregel für die Umverteilung der Elektronen gilt, wie oben behandelt, die Oktettregel, nach der die Elemente in Reaktionen [...]
Bei der Ionenbindung wird ein Metall mit einem Nichtmetall kombiniert. Metalle erreichen die Edelgaskonfiguration durch Aufnahme, Nichtmetalle durch Abgabe von Elektronen. Die Bindungspartner können also einfach ein Elektron austauschen, um ihre Energie zu minimieren. Dadurch verbleibt das Metall positiv (Kation), das Nichtmetall negativ geladen (Anion). Die entstandenen Ionen ziehen sich nun gegenseitig an und sind [...]
Durch die kovalente Bindung werden Nichtmetalle gebunden. Diese haben die Tendenz, zusätzliche Elektronen aufzunehmen. Im Bestreben, das Elektronenoktett vollständig zu besetzen, teilen sich die Bindungspartner ein oder mehrer Elektronenpaare. Die Elektronen umgeben also beide Bindungspartner und ermöglichen dadurch einen energetisch günstigeren Zustand. Der abstoßenden Wirkung zwischen den Atomkernen überwiegt dabei letztendlich die resultierende Anziehung, die [...]
Bei der Bindung von Metallen, folgt jedes Atom der Tendenz, seine Valenzelektronen abzugeben und steuert diese zu einem gemeinsamen sogenannten Elektronengas bei, das die verbleibenden positiv geladenen Atomrümpfe zusammenhält. Dadurch steht eine Vielzahl von leicht beweglichen Ladungsträgern zur Verfügung, woraus die hohe Leitfähigkeit des Metalls resultiert. Abb. 5 Metallbindung Durch alle beschriebenen Bindungstypen können letztendlich [...]
Mit der elektrischen Leitfähigkeit eines Stoffes bezeichnet man seine Eignung zum Transport elektrischer Ladung. Dies geschieht in den für uns interessanten Fällen durch Bewegung von Elektronen, ist aber prinzipiell auch mit Ionen als Träger der Ladung möglich. Man klassifiziert Materialien in die drei Kategorien Leiter, Nichtleiter sowie Halbleiter des elektrischen Stroms.