Halvleder

I en halvleder er antallet af elektroner der kan lede en elektrisk strøm (elektrontætheden) afhængigt af temperaturen. Ved det absolutte nulpunkt, t = -273,\!15~^{\circ}\textrm{C}, er halvlederne lige så dårlige elektriske ledere som isolatorerne, hvorimod de ved stuetemperaturer begynder også at kunne lede strøm.

 

Resistans for en cylindrisk leder er defineret ved

R = \rho \times \frac{L}{A},

hvor L er lederns længde og A er lederns tværsnitsareal. Materialekonstanten \rho kaldes resistiviteten og eksempler på både isolatorer, halvledere og lederes (metallers) resistivitet ved stuetemperatur ses på figuren til højre.

 

Elektrontætheden for udvalgte halvledere ses at varierer over mange størrelsesordner på figure herunder.

 

Elektrontætheden kan yderligere manipuleres ved at doterer halvlederen med fremmed-atomer, som yderligere enten lægger en elektron til eller trække en elektron fra.

 

En ren halvleder som eksempelvis Silicium, Si, er opbygget som vist på figur 3. Det isolerede Siliciumatom har 4 elektroner i yderste skal og vil derfor binde sig med 4 andre Siliciumatomer således at de hver deler 1 elektroner og derved får 8 elektroner i den yderste skal.

 

 

Men en god tommelfingerregel i faststofkemi er at andre grundstoffer der finde i omegnen af et givet grundstof i det periodiske system tit kan erstatte hinanden i faste stoffer. Figuren her til højre viser hvilke grundstoffer der findes i nærheden af Silicium.

 

Man ser at eksempelvis fosfor, P, ligger en gruppe til højre for Silicium i det periodiske system og har derfor 5 elektroner i den yderste skal. Det betyder at hvert fosfor atom der indbygges i Silicium strukturen vil dele 4 elektroner med de omkringliggende Silicium atomer, men bidrager også med en ekstra elektron der kan lede strøm. Dette ses på figuren herunder. Idet en elektron siges at have en negativ elektrisk ladning kalder man et materiale der er doteres på denne måde for en n-doteret halvleder.

 

 

Omvendt ser man at Bor ligger en gruppe til venstre for Silicium i det periodiske system. Bor har 3 elektroner i den yderste skal.Og hvis Silicium doteres med Bor fjernes en elektron. Idet en manglende elektron kan opfattes som en partikel med (netto) positiv elektrisk ladning, benævnt et hul, kalder man et materiale der er doteres på denne måde for en p-doteret halvleder.

 

 

Modsat et normalt metals resistans, stiger en halvleders resistans ikke når temperaturen i halvlederen stiger, den falder derimod, Dette er fordi der bliver flere elektroner der kan lede strømmen i halvlederen.