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 apet003  Stromleitung bei Halbleitern
Die Stromleitung im Halbleiter wird von aufbrechenden Elektronen-Paarbindungen verursacht.
Die 4-wertigen Halbleiteratome (Silizium) nutzen jeweils ein Valenzelektronen-Paar (=Elektronen der äußersten Schale) mit einem ihrer Nachbaratom gemeinsam, weil sie den Edelgas-Zustand anstreben (8 Elektronen auf der Außenschale). Durch Wärmeschwingungen des Gitters brechen immer wieder Paarbindungen auf und es entsteht dann ein kurzzeitig freies Elektron und eine Fehlstelle (=Loch oder Defektelektron). Kommt ein kurzzeitig freies Elektron in die Nähe eines Lochs, so wird es von diesem angezogen und es entsteht dann wieder eine funktionsfähige Elektronen-Paarbindung.
Ein Gitter 4-wertiger Atome lässt sich zwar in der Fläche gezeichnet gut durchschauen, tatsächlich aber bilden die Atome ein räumliches Gitter.
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 Statisches Modell:  Die Elektronen-Paarbindungen sind zur näheren Betrachtung im bewegungslosen Gitter in der Fläche eingezeichnet. Tatsächlich herrscht im Gitter aber Bewegung. Das Bild zeigt nur die Atome mit ihren jeweils 4 Valenzelektronen. Die anderen Elektronen (nicht dargestellt) umkreisen als gebundene Elektronen mit hoher Geschwindigkeit den jeweiligen Atomkern in ihren Elektronenschalen.
 Vereinfachtes Modell ohne Wärmeeinfluss:  Der Austausch der Valenz-Elektronen ist in der Animation modellhaft dargestellt. Die tatsächliche Elektronenbewegung darf nicht als so gleichmäßig synchron angenommen werden, hilft aber zum besseren Erkennen des Sachverhalts.
 Vereinfachtes Modell mit Wärmeeinfluss:  Durch den Einfluss der Wärme geraten die Atome in Schwingungen und verlieren dabei ab und zu mal ein Valenzelektron, wegen momentan ungünstiger Position. Es entsteht dann ein kurzzeitig freies Elektron und eine positive Fehlstelle (= Loch oder Defektelektron). Positiv elektrisch deshalb, weil dem zuvor elektrisch neutralen Atom eine negative Ladung entwichen ist. Kommt ein kurzzeitig freies Elektron in die Nähe eines Defektelektrons, so wird es von diesem Angezogen und es entsteht dann wieder eine funktionierende Elektronen-Paarbindung. Diesen Reparatur-Vorgang nennt man Rekombination. Die Animation stellt den Sachverhalt stark verlangsamt dar, in der "Zeitlupe" noch zusätzlich verlangsamt.
 Lochbildung / Rekombination:  Am statischen Modell ist der Vorgang der Lochbildung (Aufbrechen einer Elektronenpaarbindung) und der Rekombination (Wiederherstellung einer Elektronen-Paarbindung) dargestellt. Tatsächlich sind aber alle Atome und Elektronen wegen dem Einfluss der Wärme ständig in Bewegung.