Techniklexikon

Eigenleitung

Intrinsische Leitung (engl. intrinsic conduc-tion. Abk. i-Leitung. Vorgang der Stromleitung in einem völlig reinen Halbleiter (Eigenleiter). Voraussetzung für (ideale) E. ist, daß der Halbleiter nicht mit Fremdatomen dotiert ist und auch sonst keine Störstellen im Gitter enthält (i-Halbleiter). Dann treten Paare von Elektronen und Defektelektronen (Löchern) stets gleichzeitig auf. Mit wachsender Temperatur des Kristalls steigt die Zahl der durch thermische Anregung erzeugten freien Ladungsträger exponentiell an (Generation), d. h., ihre Dichte bei E., die Eigenleitungsdichte n„ ist durch die jeweilige Temperatur festgelegt. Dabei sind Elektronendichte n und Löcherdichte p genau gleich groß (n, = n = p). Der gesamte durch den Halbleiter fließende Strom ergibt sich auch hierbei als Summe von Elektronenstrom und Löcherstrom (Leitfähigkeit, spezifische). Wegen der unterschiedlichen Ladungsträgerbeweglichkeiten dominiert i. allg. jedoch der Stromanteil durch Elektronenleitung gegenüber dem Anteil durch Löcherleitung. (Die Intrinsic-Leitfähigkeit ergibt sich folglich aus der Eigenleitungskonzentration ij. Sie beträgt bei Raumtemperatur (300 K) z. B. für Silicium etwa 5-10_6S-cm ’ und für Galliumarsenid etwa 2, 5-10" S- cm1.) Festkörperphysik, Leitfähigkeitseffekt im Inneren eines Halbleiters, der dann auftritt, wenn das elektrische Verhalten des Halbleiters nicht durch Störstellen im Kristall bestimmt wird. Die Konzentration der Donatoren bzw. der Akzeptoren muss klein sein im Vergleich zur Konzentration der thermisch vom Valenzband ins Leitungsband angeregten Ladungsträger n_i, die als intrinsische Konzentration oder Eigenleitungskonzentration bezeichnet wird. Sie ist von der Temperatur T und der Energiebreite E_g der verbotenen Zone abhängig:

wobei n_i und p₀ die Entartungskonzentrationen sind, k_B ist die Boltzmann-Konstante und T die Temperatur. Sind der Bandparameter E_g, die effektive Masse m *_n der Elektronen und m *_p der Defektelektronen sowie die Temperatur im Halbleiter bekannt, kann mit dieser Formel eine Mindestreinheit des Halbleiters für das Auftreten von Eigenleitung abgeleitet werden.