Halbleiter

Bereits Mitte des 19. Jahrhunderts fanden Physiker heraus, dass es Materialien gibt, die Strom leiten und solche, die keinen Strom leiten. So besitzen Metalle wie Kupfer und Silber hervorragende elektrische Leitfähigkeit und andere Materialien wie Glas und Porzellan sind Nichtleiter oder Isolatoren. Bei weiteren Untersuchungen stellte sich heraus, dass es daneben auch noch Stoffe gibt, die unter bestimmten Bedingungen leitend oder auch nicht leitend sein können. Zum Beispiel verändern solche Materialien in Abhängigkeit der Temperatur ihre Leitfähigkeit. Die fielen dann unter die Kategorie „Halbleiter“. 1874 bemerkte der spätere Nobelpreisträger Ferdinand Braun, dass bei einem Metallkontakt auf ein Stück Schwefelkies der elektrische Widerstand je nach Stromrichtung unterschiedlich ist. Man hatte damals noch keine richtige Erklärung dafür, nutzte aber schon bald den Gleichrichtereffekt aus. Bei Experimenten mit einem Germaniumplättchen, auf das zwei Metallspitzen aufgedrückt wurden, bemerkten die amerikanischen Physiker Bardeen, Schockley und Brattain 1947 einen Verstärkungseffekt ihrer Anordnung. Damit war das Funktionsprinzip des bipolaren Transistors entdeckt. Es dauerte dann noch etwas mehr als ein Jahrzehnt, bis auf dieser Basis zuverlässig funktionierende Bauelemente in großen Stückzahlen gefertigt werden konnten. Ab den 1960er-Jahren lösten Halbleiter-Bauelemente die bis dahin in der Elektronik vorwiegend verwendeten Elektronenröhren ab. Transistoren haben im Vergleich zu diesen wesentliche Vorteile: Sie sind kleiner, benötigen keine Heizleistung, arbeiten mit deutlich geringeren Betriebsspannungen und sind mechanisch unempfindlich. Außerdem gelang es in den 1970er-Jahren, auf einem Halbleiterchip mehrere Funktionseinheiten zusammenzufassen. Die „Integrierte Schaltung“ begann seinerzeit ihren Siegeszug. Aber hier geht es zunächst um Halbleiter-Einzelbauelemente, die auch als „diskrete“ Halbleiter bezeichnet werden. Das wichtigste Halbleiter-Materialien ist heute Silizium, das vor einigen Jahren das damals dominierende Germanium abgelöst hat. Für bestimmte Anwendungsbereiche, z. B. Optoelektronik eignen sich III/IV-Verbindungen wie Gallium-Arsenid. Inzwischen gibt es auch schon Anwendungen für organische Halbleiter.