Defektelektron

Als Defektelektron, Elektronenfehlstelle oder Loch wird der (virtuelle) positive bewegliche Ladungsträger in Halbleitern bezeichnet.

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Es entsteht unter anderem wenn man hochreine Halbleiter (Silicium, Germanium, Galliumarsenid etc.) gezielt mit gewissen drei- bzw. fünfwertigen Elementen (meist Bor bzw. Aluminium für Si oder Ge) verunreinigt, sie also durch Diffusion oder Ionenimplantation als Fremdatome ins Kristallgitter einbaut (siehe Dotierung). Eine Leitung durch Defektelektronen kann aber auch durch Eigenleitung im undotierten Kristall entstehen, dh. beispielsweise entsteht durch Aufbrechen einer kovalenten Bindung zwischen zwei Si-Atomen eine Lücke. Diese Lücke (in der Physik meist als "Loch" - engl. "hole" - bezeichnet) kann genauso wandern, ohne dass durch Fremdatome ein Elektronenmangel hervorgerufen werden muss: An diese freie Stelle im Kristallstruktur kann nun ein benachbartes Elektron hüpfen, was von außen betrachtet so aussieht, als würde sich ein positiv geladenes Loch bewegen (vergleichbar mit einer Luftblase in einer Flüssigkeit). Im Bändermodell spricht man dann von einem Übergang des Elektrons vom Valenz- ins Leitungsband (bzw. des Defektelektrons vom Leitungs- ins Valenzband), welcher beispielsweise durch thermische Anregung hervorgerufen werden kann.

Eine wichtige charakteristische Größe von Halbleitern ist die Ladungsträgerbeweglichkeit. Diese ist jedoch für Elektronen und Löcher nicht automatisch gleich groß, sondern hängen beispielsweise von Material, Dotierung, Temperatur usw. ab.

Beispiele aus der Anwendung

Die Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren durch optische Anregung und anschließende Trennung derselben am p-n-Übergang wird in Solarzellen ausgenutzt, um Licht in elektrische Energie umzuwandeln.

Siehe auch

• Effektive-Masse-Näherung