Halbleiterwerkstoffe sind hauptsächlich Silicium (Si), Selen (Se) und Germanium (Ge). Allen Stoffen gemeinsam ist, dass sie sich in der Nähe des absoluten Temperaturnullpunktes (-273°C, 0 K) wie elektrische Isolatoren (Porzellan, Keramik, Glas = sehr hoher spezifischer elektrischer Widerstand) verhalten. Da aber der spezifische elektrische Widerstand der Halbleiterwerkstoffe bei Raumtemperatur nur etwas höher ist als der von Kupfer oder Eisen, zeigt sich, das dass Halbleitermetalle extrem Temperaturabhängig temperaturabhängig sind. Halbleiterbauelemente bestehen aus Silicium, welches ein hartes, sprödes, dunkelgrau-glänzendes Nichtmetall mit diamantähnlicher Gitterstruktur ist. Durch die Dotierung mit Metallatomen lässt sich seine Leitfähigkeit enorm steigern. Durch die rasche Bildung einer schützenden Siliciumdioxidschicht ist das Element reaktionsträge. In Wasser ist das Element unlöslich. Auch Säuren, mit Ausnahme von salpetersäurehaltiger Flußsäure, greifen es nicht an. Mit erhitzten Laugen reagiert es unter Freisetzung von Wasserstoffgas. Die wichtigsten Silicium-Verbindungen sind: Siliciumdioxid (Quarz), Siliciumtetrafluorid, Siliciumcarbid, die Silicate und die Silicone.
Silicium ist der wichtigste Grundstoff der Halbleitertechnik. Aus ihm werden Computermikrochips, Transistoren und Solarzellen hergestellt. Für diese Anwendungen muss es in höchster Reinheit (99,999 %) produziert werden. Die Weltproduktion von höchstreinem Silicium liegt bei etwa 5000 Tonnen pro Jahr. Die wichtigste Siliciumverbindung, das Siliciumdioxid, dient als glasbildende Komponente in der Glasindustrie. Siliciumverbindungen sind außerdem Bestandteile von Steingut, Porzellan und Zement. Silicium kommt als Siliciumdioxid in Quarzsand vor, der beinahe so häufig auf der Erde zu finden ist wie das Element Sauerstoff in der Luft.
Weitere chemische und physikalische Eigenschaften findet ihr unter http://www.periodensystem.info/elemente/silicium.htm
== N-Leiter und P-Leiter ==
=== N-Leiter ===
Wird Silicium mit Phosphor (P), Arsen (As) oder Antimon (Sb) "verunreinigt", besitzt es einen Elektronenüberschuss. Diese freien Elektronen können sich wie in einem metallischen Leiter frei bewegen. Dieses Fremdatom wird als Donator oder Donatoratom bezeichnet. Das Wort "Donator" kommt von dem lateinischen "donare" (schenken). Jedes Donatoratom schenkt dem Werkstoff ein zusätzliches freies Atom, welches zur Entstehung eines Stroms beitragen kann. Jedes Elektron, das durch Dotieren eines Atoms dem Kristall hinzugefügt wird, erhöht die Leitfähigkeit des Halbleiters. Da aber jedem Elektron im dazugehörigen Atomkern ein Proton gegenüber steht, bleibt der Halbleiterwerkstoff trotz der Dotierung elektrisch neutral bzw. spannungsfrei. Bei Anlegen einer Spannung fließt der Elektronenstrom aufgrund der überschüssigen Elektronen von Minus nach Plus. Da es sich bei den freien Elektronen um einen negativ geladenen Ladungsträger handelt, spricht man von einem n-Leiter. Häufig genutzte Donatoren sind die oben genannten Elemente. (s. Fachkunde Kfz, S.502, Grafik) -> N-Leiter haben Elektronen als Ladungsträger.
Halbleiterdioden sind eher einfach aufgebaut und bestehen lediglich aus n- und p-dotiertem Halbleitermaterial.
Für jedes Paar aus Elektron und Loch, das in der Mitte, der sogenannten Sperrschicht, verschwindet, kann ein weiteres Elektron in das n-dotierte Material nachfließen und wird sofort in Richtung Mitte gedrückt. Auf der anderen Seite passiert das Gleiche mit einem Loch. Doch halt: Löcher können nicht einfach durch den metallischen Anschlußdraht fließen, so wie dies im obigen Bild dargestellt ist. Aber Löcher, d.h. fehlende Elektronen, die gedanklich im Bild nach rechts fließen, bedeuten nichts anderes, als daß Elektronen in der umgekehrten Richtung fließen. Die Löcherleitung findet somit nur im p-dotierten Material statt, so daß der Löcherfluß im Anschlußdraht nur ein Denkmodell ist. Die Anzahl der Elektronen im n-dotierten und die Anzahl der Löcher im p-dotierten Halbleitermaterial ist immer konstant. Dort, wo der Anschlußdraht mit dem p-dotierten Material verbunden ist, fließt ein Elektron in Richtung der positiven Spannungsquelle und hinterläßt im Halbleitermaterial daher ein Loch, wenn ein Loch in der Nähe der Sperrschicht verschwindet. Somit fließen Elektronen in das n-dotierte Material hinein. Aus dem p-dotierten Material fließen hingegen Elektronen in exakt der gleichen Anzahl hinaus. Dies bedeutet, daß ein Stromfluß stattfindet und die Diode leitet. Dies geschieht aber erst ab der Mindestspannung von 0,3 bis 0,7 Volt.
===Zusammenfassung===
Eine Diode besteht aus zwei Schichten, einem n-dotierten und einem p-dotierten Halbleitermaterial, die sich berühren. Aufgrund von Abstoßung bzw. Anziehung von gleichen Ladungen findet abhängig von der Polung einer externen Spannungquelle entweder ein Stromfluß statt oder wird komplett unterbunden. Somit leitet eine Diode nur in eine Richtung.
==Verwendung, Reparatur im KFZ-Bereich==
Sehr häufig werden Dioden als sogenannte Gleichrichterdioden verwendet. Dadurch daß Dioden Strom nur in eine Richtung durchlassen, erhält man am Ausgang einen pulsierenden Gleichstrom (in Sperrichtung betrieben ist die Ausgangsspannung Null). Es gibt jedoch noch viele weitere Anwendungen in der Elektronik, bei denen es darauf ankommt, daß sehr kleine Steuerströme nur in eine Richtung fließen können. Weitere Verwendung von Dioden: Als LED (Light Emitting Diodes) (heutzutage in fast allen KFZ verwendet)
näheres in dem Artikel [[Leuchtmittel]].
[[Bild:Halbleiter-f-1024.jpg]]
Halbleiter und Halbleiterbauelemente können im allgemeinen nicht repariert werden und müssen ausgetauscht werden.
==Fragen==
Frage 1:
[[Kategorie:Fahrzeugtechnik]]
[[Kategorie:Physik]][[Kategorie:Chemie]]
[[Kategorie:Lernfeld 3: Prüfen und Instandsetzen elektrischer und elektronischer Systeme]]
