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Voraussetzungen für einen elektrischen Verdrahtungsprozess
Damit ein elektrischer Leitungsprozess in einem Material stattfinden kann, müssen in ihm frei bewegliche Ladungsträger (Ionen, Elektronen) vorhanden sein. Zusätzlich muss eine elektrische Spannung (elektrisches Feld) angelegt werden.
der elektrische Verdrahtungsvorgang
Wird eine elektrische Spannung an eine Substanz angelegt, d.h. sie wird einem elektrischen Feld ausgesetzt, werden die frei beweglichen Ladungsträger (Elektronen, Ionen) zur Bewegung angeregt. Die Ladungsträger bewegen sich zur Elektrode gegenüber ihrer Ladung. Ihre Bewegung ist gerichtet und somit fließt ein elektrischer Strom. Die Stromstärke ergibt sich aus der Summe der Stromstärken der negativen Ladungsträger und der positiven Ladungsträger.
Metalle
Frei bewegliche Ladungsträger stehen von Anfang an im Metall zur Verfügung. Diese frei beweglichen Ladungsträger sind die gespaltenen Außenelektronen der Atome, die in Metallen das Ionengitter bilden. Die Elektronen bewegen sich auf den positiven Pol zu (Anziehung), gleichzeitig fließen Elektronen aus dem negativen Pol (Freisetzung, weil Überschuss). Die Bewegung der Elektronen wird gelenkt und somit fließt ein Strom.
Flüssigkeiten
Bevor ein elektrischer Strom (Ein elektrischer Strom ist ein Fluss elektrischer Ladung) in einer Flü
ssigkeit fließt, müssen chemische Prozesse stattfinden. Durch Di
ssoziation der Elektrolyte (Stoffe mit Ionenbeziehungen) im Wasser entstehen frei bewegliche, positive und negative Ionen. Im elektrischen Feld wandern die Ionen immer zur Elektrode, die ihrer Ladung entgegengesetzt ist (Anziehung). Die Bewegung der Ionen wird gelenkt und somit fließt ein Strom. An den Elektroden werden die Ionen durch Absorption oder Freisetzung von Elektronen entladen (neutralisiert). Stoffe werden abgetrennt.
Gase
Gase sind Stoffe, die aus elektrisch neutralen Partikeln bestehen. Durch die Zufuhr von Energie können Ionen und Elektronen gebildet werden, die im Gas frei beweglich sind. Moleküle werden durch Energiezufuhr in positiv und negativ geladene Teilchen (Ionen) gespalten. Das negative Ion bindet an ein Atom (Ein Atom ist die kleinste Einheit der gewöhnlichen Materie, die die Eigenschaften eines chemischen Elements hat) mit der Emission eines Elektrons. Das positiv geladene Ion und das Elektron (das Elektron ist ein subatomares Teilchen, Symbol oder, mit einer negativen elektrischen Elementarladung) bewegen sich zur Elektrode entgegengesetzt zu ihrer Ladung (Anziehung). Die Bewegung der positiv geladenen Ionen und Elektronen wird gelenkt und somit fließt ein Strom.
Halbleiter
Bei T=0°K sind reine Halbleiterisolatoren. Die Elektronen sind an regelmäßig angeordnete Atome gebunden. Elektronen können aus dem Kristallgitter freigesetzt werden (In der Kristallographie ist die Kristallstruktur eine Beschreibung der geordneten Anordnung von Atomen, Ionen oder Molekülen in einem kristallinen Material), indem Energie zugeführt wird (Erwärmung, Belichtung) und positive “Löcher” (Defektelektronen) hinterlassen werden. Die Elektronen und die defekten Elektronen bewegen sich in Richtung der Elektrode gegenüber ihrer Ladung. Ein Strom fließt. Die elektrische Leitfähigkeit kann durch Dotierung (Einbau von Fremdatomen in einen reinen Halbleiterkristall (Halbleiter sind kristalline oder amorphe Festkörper mit ausgeprägten elektrischen Eigenschaften) erhöht werden, da zusätzliche Ladungsträger freigesetzt werden.
Unterdruck
Im Vakuum ist eine elektrische Leitfähigkeit (elektrischer Widerstand ist eine intrinsische Eigenschaft, die quantifiziert, wie stark ein bestimmtes Material dem Stromfluss entgegenwirkt) nur möglich, wenn Elektronen in das Vakuum gebracht werden und diese in einem elektrischen Feld beschleunigt werden (Ein elektrisches Feld ist ein Vektorfeld, das jedem Punkt im Raum die Coulomb-Kraft zuordnet, die pro Einheit der elektrischen Ladung durch eine unendlich kleine Testladung an diesem Punkt erfahren würde). Dazu wird ein Metall oder ein Metalloxid in das Vakuum eingebracht und durch Erwärmung oder Belichtung entstehen die frei beweglichen Elektronen des Ionengitters im Metall (Oxid) (höhere kinetische Energie (in der Physik ist die kinetische Energie eines Objekts die Energie, die es aufgrund seiner Bewegung besitzt) nach der Energiezufuhr). Die Elektronen werden auf den Pluspol der Elektrode gerichtet (Eine Elektrode ist ein elektrischer Leiter, der zur Kontaktierung eines nichtmetallischen Teils einer Schaltung (z.B.) verwendet wird). Ein Strom fließt.