Techniklexikon

Leitungsband

Energiebereich im Festkörper, der von den freien, nicht an die Atome gebundenen Elektronen eingenommen wird. Im Bändermodell des Halbleiters ist das L. das niedrigstgelegene Energieband, das von freien Elektronen besetzt werden kann. Alle Elektronen, die eine Energie E oberhalb der L. unterkante Et aufweisen, tragen zur Stromleitung bei, sind also Leitungselektronen. Beim absoluten Temperaturnullpunkt (T = 0 K) ist das L. eines Halbleiters völlig leer (unbesetzt). einer der erlaubten Energiezustände für Elektronen im reinen Halbleiter, in dessen Energieschema des Bändermodells Leitungs- und Valenzband durch die Bandlücke (Energielücke) der Energie E_g getrennt sind. Am absoluten Nullpunkt mit der Temperatur T = 0 K sind die Valenzbänder voll mit Elektronen besetzt und die Leitungsbänder leer; die Fermi-Energie liegt dann in der Bandlücke.

Leitungselektronen können nun thermisch (als Phonon-Elektron-Stoss) oder optisch (entweder als reiner Photon-Elektron-Stoss bei direkten Halbleitern oder unter Mitwirkung von Phononen bei indirekten Halbleitern) angeregt, d.h. über die Bandlücke gehoben werden. Dadurch werden n Elektronen im Leitungsband und p Löcher im Valenzband erzeugt, wobei (im reinen Halbleiter) n = p ist. Diese, nun beweglichen, Leitungselektronen (und die Löcher im Valenzband) bestimmen die (Eigen-)Leitfähigkeit der reinen Halbleiter. In weniger idealen Kristallen muss auch die Störstellenleitung betrachtet werden.

Der Besetzungsgrad f(E) in der »Höhe« E (= Energie) über der Leitungsbandkante lässt sich, da E_g viel grösser ist als die Boltzmannkonstante k_B, bei thermischer Anregung von Halbleitern angeben zu:f(E) = exp(-(E_g / 2 + E) / k_BT) ~ n.