Die drei Videos zeigen anhand des Bändermodells, wie sich Ladungen in Halbleitern bewegen.
Das erste Video zeigt undotiertes Halbleitermaterial. Man sieht oben das Leitungsband und unten das Valenzband. Ein einzelnes Elektron wird angeregt und bewegt sich ins Leitungsband. Aufgrund eines außen angelegten elektrischen Feldes bewegt sich das Elektron in Richtung des Pluspols.
Die Stelle, an der sich das Elektron befunden hat, ist nun unbesetzt (durch roten Kreis markiert). Das Nachbaratom füllt dieses Loch auf und hinterlässt ebenfalls ein Loch. Dieser Prozess wiederholt sich. Dieser Leitungsvorgang im Valenzband heißt Löcherleitung.
Hinweis: Das Video wurde in einer HD-Qualität erstellt. Die Qualität wurde im Youtube-Player nachträglich stark reduziert. Sie können das Video unten in einer hohen Auflösung herunterladen. Um das Video hier in einer halbwegs guten Qualität abzuspielen, muss im Youtube-Player die einstellung “HD 1080p” ausgewählt werden.
Das zweite und das dritte Video zeigen Leitungsvorgänge in dotierten Halbleitern (Solarzellen). Im Inneren bildet sich ein PN-Übergang, der die Energiebänder verzerrt. An diesem Übergang entsteht die sogenannte Raumladungszone (RLZ) – ein Bereich mit einem elektrischen Feld.
Ladungen in Halbleitern bewegen sich auf zwei Arten: durch Diffusion (zufällige Bewegung aufgrund der Temperatur) und durch Drift (gerichtete Bewegung im elektrischen Feld). In der RLZ überlagert der Drift die Diffusion. Dadurch wandern Löcher in den P-Bereich und Elektronen in den N-Bereich.
Ob eine Ladung die Kontakte der Solarzelle erreicht, hängt von ihrer Lebensdauer und Diffusionslänge ab. Gelangt sie rechtzeitig an die Kontakte, entsteht dort eine nutzbare Spannung.
Das Bändermodell zeigt, wie Lichtenergie umgewandelt wird. Licht hebt Elektronen ins Leitungsband, wo sie höhere kinetische Energie besitzen. Beim Übergang in die andere Schicht wird diese Energie abgegeben und als elektrische Energie an den Kontakten gespeichert.
Überblick und Download
| Titel | Leitungsvorgänge in Halbleitern |
| Zielgruppe | Lehrer/innen und Vortragende (Level: Oberstufe, Universität) |
| Features | Vollbildmodus verlustfreie Vergrößerung Großbildschirme und Leinwände unterstützt |
| Lizenz | Freeware (für nicht-kommerzielle Nutzung) |
| Download | Download Videos |
Mitwirkende
C. Hein, S. Rikowski