Techniklexikon

Festkörper

Allgemein jede Materie im festen Aggregatzustand (flüssig und gasförmig sind die beiden anderen Zustände). F. setzen sowohl ihrer Gestalt- als auch einer Volumenänderung großen Widerstand entgegen. Ihre Atomkerne und Elektronen sind in Kristallstrukturen (Kristall) verankert, die (idealisiert) in jeder der drei Dimensionen periodisch verlaufen. Der Begriff F. wird in der Elektronik auch synonym für Halbleiter verwendet. In der Elektronik: Zusammenfassender Begriff für alle festen Stoffe, die aus einer sehr großen Anzahl von atomaren Bausteinen bestehen, deren einzelne Bausteine durch intensive und z. T. gerichtete Wechselwirkungskräfte miteinander verbunden sind und dadurch Kristallstrukturen aus bilden. Ein F. stellt ein physikalisches Vielteilchen-system dar (etwa 1022 Teilchen je cm3), das den Gesetzen der Quantentheorie unterliegt und dessen dynamische Eigenschaften nur mit quantenphysikalischen Methoden hinreichend gut beschrieben und erklärt werden können. Wesentliches Kennzeichen für den F. ist, daß die Quanteneffekte wegen der starken Kopplung vieler Teilchen sogar über größere Abmessungen in Erscheinung treten. Das betrifft insbesondere die atomaren Schwingungen und die dadurch bedingten thermischen Festkörpereigenschaften, aber auch die Energiezustände der Elektronen (Bandstruktur) und die damit zusammenhängenden elektrischen und optischen Vorgänge im F. Nach dem Bändermodell können F. in drei Gruppen eingeteilt werden, die sich bezüglich der energetischen Lage von Valenzband und Leitungsband voneinander unterscheiden : Metalle. Valenzband und Leitungsband überlappen einander. Die aus dem Valenzband stammenden Elektronen können die freien Energiezustände des Valenzbundes bzw., falls diese voll besetzt sind, die Energiezustände des Leitungsbandes einnehmen, sich also frei bewegen (Ursache für die metallische Leitfähigkeit). Isolatoren. Bei ihnen sind Valenzband und Leitungsband durch die verbotene Zone voneinander getrennt. Die Breite der verbotenen Zone, der Bandabstand £g, ist so groß, daß er auch von energetisch angeregten Elektronen nicht überwunden werden kann. Halbleiter. Halbleiter sind Stoffe, die zwischen Metallen und Isolatoren eingeordnet werden können. Bei ihnen tritt zwar keine Überlappung zwischen Valenzband und Leitungsband auf; andererseits ist die verbotene Zone viel schmaler als bei Isolatoren und kann durch thermisch oder optisch angeregte Elektronen überwunden werden. Die Grenzen zum Isolator sind fließend. Für übliche Halbleiter ist E% < 3 eV. ein Körper im festen Aggregatzustand, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die einzelnen Moleküle durch Bindungskräfte in bestimmten Lagen gehalten werden. Dadurch ist bei einem Festkörper - im Gegensatz zu einer Flüssigkeit - eine hohe Formänderungsarbeit erforderlich, um seine Form zu ändern. Sind die atomaren bzw. molekularen Bestandteile eines Festkörpers in einer regelmässigen Gitterstruktur angeordnet (Kristall), spricht man von einem idealen Festkörper; der reale Festkörper unterscheidet sich von ihm durch Gitterfehlstellen und Gitterschwingungen. Vom Festkörper zu unterscheiden ist der starre Körper in der Mechanik (Festkörperphysik).