Einführung in die Elektronik

Halbleiter – die Grundlage der Elektronik

• Halbleiter (Silizium, Germanium) leiten bei Raumtemperatur schlecht; ihre Leitfähigkeit steigt mit Temperatur und Licht – anders als bei Metallen.
• Erklärung: Wärme oder Licht bricht Elektronen aus den Bindungen – es entstehen freie Elektronen und positive Löcher, die beide Ladung transportieren (Eigenleitung).
• Dotierung: Gezielter Einbau von Fremdatomen. n-Dotierung (z. B. Phosphor, 5 Außenelektronen) liefert freie Elektronen; p-Dotierung (z. B. Bor, 3 Außenelektronen) liefert Löcher.
• Anwendungen der reinen Halbleitereffekte: Heißleiter (NTC) als Temperatursensor, Fotowiderstand (LDR) als Lichtsensor, Solarzelle.

1. Warum steigt die Leitfähigkeit eines Halbleiters mit der Temperatur, die eines Metalls sinkt aber?
   Lösung

   Im Halbleiter erzeugt Wärme zusätzliche freie Ladungsträger; im Metall sind ohnehin genug Elektronen frei – die stärkeren Gitterschwingungen behindern sie nur.
2. Ein NTC hat bei \(20\,^{\circ}\mathrm{C}\) den Widerstand \(10\,\mathrm{k\Omega}\), bei \(80\,^{\circ}\mathrm{C}\) nur \(1\,\mathrm{k\Omega}\). Wie nutzt man das im Auto?
   Lösung

   Als Kühlwasser-Temperatursensor: Die Elektronik misst den Widerstand und rechnet ihn in die Temperatur um.
3. Skizziere eine Dämmerungsschaltung mit LDR: Wann soll die Lampe angehen?
   Lösung

   LDR im Spannungsteiler; wird es dunkel, steigt sein Widerstand, die Teilspannung kippt einen Transistor/Schalter – die Lampe geht an.

1. Recherchiere, warum für Computerchips hochreines Silizium nötig ist und wie „Wafer“ hergestellt werden.