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Vorgang der elektrischen Leitung

Im realen Germanium-Kristall können die Bindungselektronen dann ihre festen Plätze verlassen, wenn ihnen eine bestimmte Mindestenergie ΔE (z.B. Wärme: bei Germanium ab etwa 50°C) zugeführt worden ist. Sie stehen dann als freie Elektronen für den Ladungstransport zur Verfügung. Das freigewordene Elektron hinterlässt eine Elektronenlücke, die man einfach als Loch bezeichnet. Ein Loch stellt eine positive Elementarladung im Kristallgitter dar, da jetzt die positive Kernladung des Germaniumatoms überwiegt.


Bild 1: Löcherleitung im Modell

Löcherleitung im Modell
Bild 1: Löcherleitung im Modell

Eine Bindungslücke in einem Halbleiterkristall (also das Loch) kann von einem Elektron aus einer anderen Bindung wieder besetzt werden. Das Loch verschwindet jedoch nicht, sondern es ändert im Kristallgitter nur seinen Ort. Wird an den Kristall eine Spannung angelegt, so wandern die Elektronen zur positiven Elektrode. Gleichzeitig wandern die Löcher zur negativen Elektrode und verursachen damit eine Elektrizitätsleitung, die in der Wirkung der Bewegung positiver Ladungsträger gleichkommt. (Diese Löcherleitung kann man sich auch mit Hilfe einer Sitzreihe im Kino veranschaulichen, bei der sich in der Mitte ein freier Platz befindet. Durch das Nachrücken der Besucher wandert der freie Platz entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der einzelnen Besucher an den Rand der Sitzreihe.)

Der Beitrag der Löcher zum Ladungstransport wird P-Leitung genannt; die Elektronenleitung bezeichnet man als N-Leitung. Die paarweise Erzeugung von freien Elektronen und Löchern heißt Paarbildung. Die Wiedervereinigung eines Loches mit einem Elektron nennt man Rekombination. Diese Art der Elektrizitätsleitung in einem Halbleiter, bei der gleich viele Elektronen und Löcher beteiligt sind, wird als Eigenleitung bezeichnet.