Sind Halbleiter nur halbe Leiter?

Nein, die elektrische Leitfähigkeit eines Halbleiters kann sogar besser sein als bei manchen Metallen. Die Vorsilbe »halb« bezieht sich vielmehr darauf, dass Halbleiter auf einfache Weise zwischen einem isolierenden und einem elektrisch leitenden Zustand wechseln können. Dazu bedarf es nur einer geringen elektrischen Spannung, einer leichten Temperaturerhöhung oder aber einer Lichtquelle.

Das unterschiedliche Verhalten von Metallen, Halbleitern und Isolatoren beruht auf ihrem atomaren Aufbau: In einem Metall gibt es sehr viele sog. Leitungselektronen, die keinen festen Aufenthaltsort im Metall haben, sondern frei im ganzen Festkörper wandern können. Eine elektrische Spannung beschleunigt sie, so dass ein Strom zu fließen beginnt. In Isolatoren hingegen sind alle Elektronen fest an ihr Atom gebunden. Eine äußere Spannung übt zwar auch eine Kraft auf sie aus, kann sie aber nicht losreißen, so dass kein elektrischer Strom zustande kommt. Halbleiter wiederum besitzen normalerweise wie die Isolatoren keine ungebundenen Elektronen. Jedoch sind einige ihrer Elektronen nur so schwach gebunden, dass sie durch eine kleine Energiezufuhr, etwa in Form von elektrischer Spannung, Wärme oder Licht »befreit« werden. Diese freien Ladungsträger bewirken dann wie im Metall einen Stromfluss. Um die Eigenschaften eines Halbleiters wie Silicium in weiten Bereichen variieren zu können, wird er gezielt mit anderen chemischen Elementen verunreinigt – man nennt dies »Dotierung«.

Übrigens: Es gibt neben Silicium noch andere Halbleiter, die als Basis für Elektronikbausteine in Frage kommen, z. B. das Element Germanium oder die Verbindung Galliumarsenid. Sowohl im Preis als auch in der Ausgereiftheit der Verarbeitungstechnologie ist das Silicium aber nach wie vor unschlagbar.