Bandlücke

Alle Materialien können leitungstechnisch in die Gruppen Leiter, Halbleiter und Nichtleiter eingeordnet werden. Das Grundmodell für diese Einordnung ist das Bändermodell, in dem die Elektronen und ihre energetische Bewegung charakterisiert werden.


Dieses Modell steht für die Leitfähigkeit der Materialien und besteht aus dem Valenzband und dem Leitungsband. Das Valenzband enthält freie Elektronen, das Leitungsband hat im Grundzustand keine Elektronen. Zwischen diesen beiden Bändern besteht eine energetische Differenz, das ist die Bandlücke, die über die Leitfähigkeit der Materialien bestimmt.

Diese Bandlücke ist ein energetisches Maß, das in Elektronenvolt (eV) angegeben wird und das Potential beschreibt, das erforderlich ist, damit Elektronen vom Valenzband in das Leitungsband wechseln.

Bandlücken zwischen Leitungs- und Valenzband

Bandlücken zwischen Leitungs- und Valenzband

Bei Halbleitermaterialien aus Gallium- und Indium-Verbindungen wie Galliumarsenid (GaAs), Galliumarsenidphosphid ( GaP), Galliumindiumphosphid (GaInP), Indiumgalliumarsenid (InGaAs) und Indiumphosphid (InP), die in Licht-emittierenden Bauelementen wie Leuchtdioden, Halbleiterlasern oder Elektrolumineszenz-Folien eingesetzt werden, bestimmt die Bandlücke die Farbe der Lichtemission.

Bandlücken 
   von verschiedenen Halbleitern

Bandlücken von verschiedenen Halbleitern

Bei Halbleitern kann die Bandlücke mit relativ geringer Energie überwunden werden. Das überbrückbare Potential liegt zwischen 0,4 eV und 3,6 eV. Halbleiter mit einer Bandlücke zwischen 1 eV und 1,5 eV werden als Non-Wide-Bandgap-Halbleiter bezeichnet. Liegen die Werte für die Bandlücke über 3 eV, dann handelt es sich um Wide-Bandgap-Halbleiter (WBG). Hierzu gehören Siliziumcarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN).

Bei Nichtleitern ist diese Schwelle äußerst hoch, die Leitfähigkeit liegt im Bereich zwischen 10exp-15 bis 10exp-18 S/cm (Siemens pro Zentimeter).

Leiter haben keine Bandlücke. Die Elektronen können ohne Energiezufuhr vom Valenz- in das Leitungsband wandern. Beide Bänder berühren sich; die Elektronen können sich zwischen den Bändern frei bewegen.

Informationen zum Artikel
Deutsch: Bandlücke
Englisch: bandgap
Veröffentlicht: 25.03.2018
Wörter: 283
Tags: #Elektronik-Grundlagen
Links: EL-Folie (Elektrolumineszenz-Folie), Elektronenvolt, Farbe, GaAs (gallium arsenide), GaN (gallium nitride)