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Neben Leitern und Isolatoren gibt es eine dritte Gruppe von Stoffen, die unter bestimmten Bedingungen leiten oder nicht leiten:
Halbleiter , z.B. Germanium (Germanium ist ein chemisches Element mit Symbol Ge und Ordnungszahl 32), Silizium (Silizium ist ein chemisches Element mit Symbol Si und Ordnungszahl 14) oder Kohlenstoff. Sie alle haben 4 Valenzelektronen (in der Chemie ist ein Valenzelektron ein Elektron, das mit einem Atom assoziiert ist und an der Bildung einer chemischen Bindung teilnehmen kann; in einer einzigen kovalenten Bindung tragen beide Atome in der Bindung ein Valenzelektron bei, um ein gemeinsames Paar zu bilden) und sind im reinen Zustand nicht leitend, weil sie ein Kristallgitter bilden. Bei Verunreinigung werden sie jedoch schnell leitfähig (p-leitend oder n-leitend, je nach Dotierung). Durch die Kombination von n- und p-leitenden Halbleitern (Halbleiter sind kristalline oder amorphe Festkörper mit ausgeprägten elektrischen Eigenschaften) können viele Bauelemente der Elektrotechnik (Elektrotechnik ist ein Gebiet der Technik, das sich in der Regel mit der Erforschung und Anwendung von Elektrizität, Elektronik und Elektromagnetismus beschäftigt) gebildet werden:
Die Diode
Die Diode ist das einfachste Halbleiterbauelement (Halbleiterbauelemente sind elektronische Bauelemente, die die elektronischen Eigenschaften von Halbleitermaterialien, haupt
sächlich Silizium, Germanium und Galliumarsenid, nutzen, sowie organische Halbleiter ) und besteht aus einem Halbleiterkristall dotiert (Dotierung ist bei der Halbleiterherstellung das absichtliche Einbringen von Verunreinigungen in einen intrinsischen Halbleiter zum Zwecke der Modulation seiner elektrischen Eigenschaften), n-leitend auf der einen und p-leitend auf der anderen Seite: Am pn-Übergang findet ein Ladungsträger (in der Physik ist ein Ladungsträger ein Teilchen, das sich frei bewegen kann und eine elektrische Ladung trägt, insbesondere die Teilchen, die elektrische Ladungen in elektrischen Leitern tragen) statt, wobei der pn-Übergang (A p-n-Übergang ist eine Grenze oder Schnittstelle zwischen zwei Arten von Halbleitermaterial, p-Typ und n-Typ, innerhalb eines Einkristalls aus Halbleiter) zu einem Isolator wird (Ein elektrischer Isolator ist ein Material, dessen innere elektrische Ladungen nicht frei fließen; Durch die Rekombination der Atome fließt unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes nur sehr wenig Strom durch sie hindurch und es entsteht aufgrund der unterschiedlichen Potentiale eine Diffusionsspannung.
Wenn eine Spannung (Spannung, elektrische Potentialdifferenz, elektrischer Druck oder elektrische Spannung ist die Differenz der elektrischen Potentialenergie zwischen zwei Punkten pro Einheit elektrische Ladung) mit negativem Pol an die Diode angelegt wird (In der Elektronik ist eine Diode ein zweipoliges elektronisches Bauelement, das primär in eine Richtung leitet ; es hat einen geringen Widerstand gegen den Strom in einer Richtung und einen hohen Widerstand in der anderen) auf der p-leitenden Schicht und einem positiven Pol auf der n-leitenden Schicht, die Defekte im p-Bereich werden durch die Elektronen aus der Spannungsquelle aufgefüllt, die überschüssigen Elektronen aus dem n-Bereich fließen zum positiven Pol ab, i.e. die Isolationsschicht wächst, so dass der Widerstand und kein Stromfluss möglich ist.
Wird dagegen der positive Pol an die p-leitende Schicht und der negative Pol an die n-leitende Schicht angelegt, wirkt diese Spannung der Diffusionsspannung entgegen und die Elektronen des n-leitenden Bereichs werden durch die rekombinante Kristallstruktur (in der Kristallographie ist die Kristallstruktur eine Beschreibung der geordneten Anordnung von Atomen, Ionen oder Molekülen in einem kristallinen Material) der Sperrschicht gedrückt. Die Sperrschicht wird mit Ladungsträgern überflutet und abgebaut: Der Strom kann ungehindert fließen.