2.4 Festkörperdetektoren

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durch thermische Anregung ein Elektron aus dem naheliegenden Valenzband in dieses Akzeptorni-
veau
hinein angeregt, so bleibt ein bewegliches Loch im Valenzband zurück, das die Leitfähigkeit des
Kristalls erhöht. An der Stelle des Akzeptoratoms entsteht dagegen eine negative ortsfeste Über-
schußladung, also ein negativ geladener Gitterplatz. Halbleiter mit 3-wertiger Dotierung werden als
p-Halbleiter bezeichnet. Da die elektrische Leitfähigkeit durch Löcher erzeugt wird, werden p-
Halbleiter auch als Mangel-Halbleiter bezeichnet.
Die durch die Dotierung erzeugte erhöhte Leitfähigkeit von Halbleitern ist wegen der kleinen Ener-
giedifferenz von nur wenig mehr als die mittlere thermische Energie kaum abhängig von der Tem-
peratur. Sie ist außerdem bis zu 10 Größenordnungen (also den Faktor 10 10 ) größer als die von der
Temperatur stark abhängige nach wie vor bestehende thermische Eigenleitfähigkeit des Halbleiters.
Die durch Dotierung erzeugten freien Ladungen werden deshalb auch als Majoritätsladungsträ-
ger, die durch Eigenleitung erzeugten Ladungen als Minoritätsladungsträger genannt. Obwohl n-
leitende Halbleiter freie Elektronen und p-leitende Halbleiter freie Löcher enthalten, sind die Kris-
talle als ganze elektrisch neutral, da in beiden Fällen zu den freien beweglichen Ladungen immer
exakt die gleiche Anzahl ortsfester Gegenladungen existiert.
Der p-n-Übergang: Verbindet man einen p-leitenden ("löcherhaltigen") und einen n-leitenden
("elektronenhaltigen") Kristall miteinander, so neutralisieren sich in einer Übergangszone zwischen
den beiden Kristallen die jeweiligen Überschußladungsträger durch Ladungsanziehung und Diffu-
sion gegenseitig. Es entsteht eine ladungsträgerfreie Zone, die nur die typische temperaturabhängi-
ge Eigenleitung der Halbleiter aufweist (Fig. 2.15b). Der Ladungsträgerausgleich ist allerdings auf
eine kleine zentrale Zone, die sogenannte intrinsische Zone, beschränkt. Durch Verschieben der
Ladungen der Gegenseite entsteht auf der p-Seite ein lokaler negativer, auf der n-Seite ein lokaler
positiver Ladungsüberschuß, der von den ortsfest verbleibenden Donator- und Akzeptoratomen
stammt. Dieser verhindert die weitere Ausbreitung der i-Zone in die p- und n-Zonen durch den
Aufbau eines elektrischen Gegenpotentials, das die jeweiligen beweglichen Überschußladungsträ-
ger der anderen Seite abstößt und so die Diffusion zum Stehen bringt. Um in einem solchen Halb-
leiterverbund elektrische Leitfähigkeit zu erzeugen, muß der Potentialberg durch die gleich gelade-
nen Ladungsträger der jeweils anderen Seite überwunden werden.
Legt man jetzt an die n-Seite den positiven Pol, an die p-Seite den negativen Pol einer externen
Spannungsquelle an (Fig. 2.15c), so wird das durch Diffusion entstandene elektrische Potentialge-
fälle zusätzlich verstärkt. Die negative Potential im p-Bereich wird also um den Spannungsbetrag U