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Weder Ihr Computer würde ohne sie funktionieren, noch Kühlschränke, Netzgeräte oder Energiesparlampen.
Der bekannteste Halbleiter ist wohl Silizium – doch auch Germanium, Bor, Selen, Tellur, Alpha-Zinn und Kohlenstoff-Fullerene, Verbindungen wie Germaniumphosphid, Indiumantimonid und auch organische Verbindungen zählen zu den Halbleitern.Und auch viele wichtige Bauelemente, wie die Halbleiterdiode, der Transistor oder der Thrystor wären ohne Halbleiter nicht möglich.
Die Herstellung gestaltet sich aufwendig, da das verwendete Silizium hochrein sein muss. Historisch wurden Silizium und Germanium jedoch als reguläre Metalle eingestuft, da sie nicht in solcher Reinheit verfügbar waren. Daher stammt der Begriff „entarteter Halbleiter“.
Die Siliziumwafer hat wohl jeder auf einem Foto schon mal gesehen und Halbleiterdioden, in Gleichrichtern, aber auch Leuchtdioden und Photodioden sind ebenfalls weithin bekannt.
Auch Photovoltaikanlagen basieren auf Halbleitertechnologie, möglicherweise sind sie irgendwann auch so effizient, dass sich der Einsatz auch in der Praxis lohnt.
Zur Geschichte:
1727 erkannte Stephen Gray den Unterschied zwischen Leiter und Nichtleiter, 1821 formulierte Georg Simon Ohm das ohmsche Gesetz und
1874 entdeckte Ferdinand Braun den Gleichrichter-Effekt von Halbleitern.
Greenleaf Whittier Pickard erhielt 1906 das erste Patent für eine auf Silizium basierende Spitzendiode zur Demodulation des Trägersignals in einem Detektorempfänger, aber erst Walter Schottky konnte die theoretischen Grundlagen für die Schottkydioden legen.
1925 wurde ein Patent zum Prinzip eines Transistors eingereicht und im Jahr 1947 wurde der erste Transistor realisiert.
1954 wurde erstmals hochreines Silizium mittels des Zonenschmelzverfahrens hergestellt, was den Aufstieg der Elektroindustrie einleitete.
Für integrierte Schaltkreise verwendet man heute jedoch primär nach dem Czochralski-Verfahren kostengünstiger hergestelltes Silicium.
Wie funktioniert überhaupt ein Halbleiter? Hier die Erklärung:
Die Fähigkeit zu leiten hängt mit der Kristallstruktur des jeweiligen Stoffes zusammen. In einem Kristallgitter können sich Elektronen relativ frei bewegen – oder eben nicht. Bei einem Isolator gibt es
quasi Lücken zwischen den Molekülen, durch die der Strom nur mit erheblichem Widerstand hindurchkommt.
Bei Halbleitern sind diese Lücken sehr viel kleiner (der Übergang zwischen Halbleiter und Isolator ist ohnehin nicht ganz eindeutig), so dass er von Elektronen übersprungen werden kann.
Dies darf nicht mit der „Sperrschicht“ in p-n-Übergängen verwechselt werden, welche vielmehr dadurch zustande kommt dass unterschiedlich dotierte Halbleiter sich in der Driftgeschwindigkeit
unterscheiden. Das veranlasst die Elektronen dazu sich in bestimmten Teilen des Gitters höher zu konzentrieren als anderswo. Diese Sperrschicht wird durch ein Anlegen einer Spannung in Sperrrichtung noch
verstärkt bzw. durch das Anlegen einer Spannung in Durchlassrichtung wird diese Sperrschicht abgebaut.
Mehr Theorie zu diesem Thema findet man durch Google, Wikipedia oder in entsprechender Fachliteratur.
Wie bereits erwähnt, kommen Halbleiter praktisch überall zum Einsatz. Man muss sich nur die Preisentwicklung von Indium (Indiumzinnoxid ist ein Halbleiter und lässt sich nur schwer wiedergewinnen) anschauen, um
einen gewissen Überblick über die wirtschaftliche Bedeutung des Halbleitermarktes zu bekommen.
Um das mal in Zahlen auszudrücken: Der Markt allein für Wafer umfasste etwa 10 Milliarden US-$ im Jahr 2011 – Wafer für Photovoltaikanlagen nicht mitgerechnet.
