Elektrische Leitung im Energiemodell

  • Elektronen im Kristall haben unterschiedliche Energiewerte.
     
  • Es gibt Energiewerte, die für Elektronen nicht möglich sind
    (Energielücken).
     
  • Mögliche Energiewerte ohne Lücke nennt man Energieband.
     
  • Energiebänder mit freien Energiewerten ermöglichen einen elektrischen Strom (Bewegung der Elektronen).
     
  • Das niedrigste Energieband mit freien Energiewerten heißt Leitungsband.
    Elektronen, die sich darin befinden, können sich frei bewegen.
     
  • Das oberste mit Elektronen besetzte Band nennt man Valenzband.


Energiemodell beim :

Leitungs- und Valenzband überlappen sich und ermöglichen grundsätzlich eine gute Elektronenbewegung und Leitfähigkeit.

Das Valenzband ist komplett mit Elektronen besetzt. Der Abstand zum Leitungsband ist sehr groß und kann in der Regel nicht überwunden werden. Es stehen also keine freien Energiewerte zur Verfügung. Die Leitfähigkeit ist praktisch gleich Null.

Der Abstand zwischen Valenz- und Leitungsband liegt zwischen dem von Leiter und Isolator. Es wird ein wenig Energie benötigt, um Elektronen vom Valenz- ins Leitungsband zu heben. Bei Zimmertemperatur erhalten einige Elektronen diese Energie, so dass die Leitfähigkeit mit der Temperatur ansteigt.

Temperatur:

Durch den Einbau von Fremdatomen aus der 5. Hauptgruppe (z.B. Arsen) stehen im Kristall zusätzliche Elektronen zur Verfügung, die nur einen geringen Energieabstand zum Leitungsband haben. Diese Elektronen können schon bei sehr niedrigen Temperaturen in das Leitungsband gelangen und verbessern so grundsätzlich die Leitfähigkeit.

Temperatur:

Durch den Einbau von Fremdatomen aus der 3. Hauptgruppe (z.B. Indium) gibt es für die Elektronen im Valenzband nur einen geringen Abstand zu den zusätzlich geschaffenen Energiewerten knapp oberhalb des Valenzbands. Schon bei sehr niedrigen Temperaturen können Elektronen des Valenzbands diese zusätzlichen Energiewerte erreichen, so dass im Valenzband freie Energiewerte entstehen, die eine Elektronenbewegung ermöglichen. Die Leitfähigkeit steigt grundsätzlich an.

Temperatur: