Warum Halbmetalle leiten besser den Strom bei hoher Temperatur?

5 Antworten

atoemlein
Von gutefrage auf Grund seines Wissens auf einem Fachgebiet ausgezeichneter Nutzer
Physik
19.03.2017, 19:34

Sie werden natürlich nicht aus dem Nichts "gebildet", sondern die normalen Elektronen des Atoms werden durch Wärem eher zu freien Elektronen.

  • Bei Metallen hat es von Anfang an freie Elektronen, deshalb leiten Metalle grundsätzlich gut (und besser bei Kälte, weil dann die Atomrümpfe nicht so stark herumzittern und die Bewegung der freien Elektronen weniger behindern. -> Leiter
  • Bei Halbmetallen sind die Elektronen nur leicht an den Atomrumpf gebunden, deshalb führen sie sich eben je nach Umgebung als Metalle oder Nichtmetalle auf. Bei ihnen wird durch höhere Temperatur die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass ein Elektron zu einem freien Elektron wird. Die Halbmetalle sind ja auch chemisch zwischen den Metallen und Nichtmetallen, und können sich auf beide Arten verhalten. -> Halbleiter
  • Und bei Nichtmetallen sind die Elektronen so stark gebunden, dass sie kaum zu freien Elektronen werden, der Stoff ist -> Nichtleiter, Isolator
rumar
19.03.2017, 18:35

Das muss wohl damit zu tun haben, dass bei diesen Elementen die Elektronen (negativ geladen) bei höheren Temperaturen "beweglicher" werden. Was dahinter steckt, solltest du noch etwas näher ergründen. Quellen dazu sollten leicht zu finden sein.
michiwien22
Von gutefrage auf Grund seines Wissens auf einem Fachgebiet ausgezeichneter Nutzer
Physik
19.03.2017, 18:47

weil bei Halbleitern erst durch Temperaturerhöhung (T>0) Elektronen in das Leitungsband gelangen und somit zur Leitfähigkeit beitragen können.

Bei Metallen sind auch schon bei T=0 ausreichend viele Elektronen im Leitungsband.
Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Studium technische Physik, promoviert in Festkörperphysik
jorgang  20.03.2017, 17:33

Es gibt doch aber auch Halbleiter, deren Leitfähigkeit bei höheren Temperaturen geringer wird. Wie kommt das?

michiwien22  20.03.2017, 20:48
@jorgang

Tendenziell ist ein Halbleiter mit höherer Temperatur ein besserer Leiter. Die Details sind sehr kompliziert, da man zwei Leitmechanismen hat und die Beweglichkeiten für Löcher und Elektronen sehr verschieden sind. Die bekannten Formeln für Halbleiter beruhen auf vereinfachten Annahmen, die manchmal nicht stimmen. Deshalb kann es Abweichungen geben.

Es hängt jedenfalls auch von der Dotierung ab, usw.

Da müsste ich jetzt nachschauen.

HenryDerRote  21.03.2017, 13:18
@michiwien22

Die Leitfähigkeit ist ein Produkt aus der Zahl der vorhandenen Ladungsträger N, der Elementarladung e und der Beweglichkeit µ der Ladungsträger sigma = N x e x µ.
Solange nicht alle Ladungsträger ionisiert sind, steigt die Zahl N mit der Temperatur an. Sind alle Ladungsträger ionisiert, dann bleibt N mit der Temperatur konstant. Die Beweglichkeit µ nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Sind also alle Ladungsträger ionisiert, da Material sehr hoch dotiert mit kleiner Bandlücke, dann dominiert das Verhalten der Beweglichkeit. Die Leitfähigkeit nimmt dann bei zunehmender Temperatur ab.
ctie123
19.03.2017, 18:33

Ganz einfach - durch die Wärme sind die Atome also auch die "Elektronen" nicht so stark im Atomgitter gebunden.

Es gibt nun mehr freie Elektronen, die zum Ladungtransport eingesetzt werden können...

bei weiteren Fragen bitte schreiben