Beweglichkeit von Ladungsträgern?
Die Beweglichkeit von Elektronen in Festkörpern ist ein Maß für die Geschwindigkeit ihrer gerichteten Bewegung unter Einfluss eines elektrischen Feldes. Bei gleicher Temperatur und gleicher Stärke des elektrischen Feldes ist diese Geschwindigkeit der Elektronen im Silizium etwa 30 Mal größer als in einem metallischen Leiter.
Meine Frage: Warum ist Metall trotzdem ein besserer elektrischer Leiter als Silizium?
Kann man das vielleicht auch irgendwie berechnen ?
2 Antworten
Grundsätzlich: Was hilft es, wenn Elektronen schneller wären, es aber kaum/keine freien Elektronen gibt.
Mehr dazu aus dem quantenmechanischen Bändermodell
Dies hängt mit der Bandstruktur von Halbleitern bzw. Metallen zusammen. Letztendlich ist es das gitterperiodische Potential, das dazu führt, dass Elektronen nur Energien in bestimmten Bereichen annehmen können. In Halbleitern wie Silizium ist im Grundzustand gerade ein Energiebereich (Band) gefüllt und darüber liegt eine "Energielücke".
In undotierten Halbleitern können sich nur Elektronen, die thermisch über die Energielücke ins sg. Leitungsband angeregt sind, im E-Feld bewegen. Durch die Angregung entstehen umgekehrt auch im Valenzband freie Plätze ("Löcher"), sodass auch dort sich Elektronen bewegen können.
Für die Leitfähigkeit eines intrinsischen Halbleiters gilt
Die "intrinsische Ladungsträgerdichte" n_i (Dichte von Elektronen im Leitungsband = Dichte von Löchern im Valenzband, also die Dichte an beweglichen Ladungsträgern) nimmt nahezu exponentiell mit der Temperatur zu.
Bei Raumtemperatur ist bei undotierten Halbleitern allerdings nur ein kleiner Anteil der äusseren Elektronen thermisch über die Energielücke angeregt, weshalb die Leitfähigkeit um Grössenordnungen geringer ist als bei Metallen.
Siehe auch