Halbleiterelektronik und Digitaltechnik für Laien- Fragen über Fragen

[Rhizojo]

Hi,
ich versuche mich momentan (hobbymäßig) mit Hilfe entsprechender Lehrbücher in die Grundlagen von Digitaltechnik und Mikroelektronik/Halbleiter-Schaltungstechnik einzuarbeiten. Während solche informationstechnologischen Fächer im naturwissenschaftlichen Bereich zunehmend an Bedeutung gewinnen, aber im Studium bestensfalls angerissen werden (von Physik einmal abgesehen, das dürfte hier und da schon in die Tiefe gehen), kann es nicht schaden, etwas gegen seinen technischen Analphabetismus zu tun- insbesondere bei einem ausgeprägteren Interesse an (schneller) Hardware
Da sich in diesem Forum eine größere Anzahl kompetenter Leute mit entsprechender Ausbildung tummeln sollte, würde ich gerne bei aufkommenden Fragen hier mein Glück versuchen. Da wäre auch schon gleich eine:

Warum ist die Ladungsträgerbeweglichkeit von Elektronen in Silizium (bei niedriger Dotierung) beinahe 3x größer als die der Löcher, wobei sich doch Generationsrate und Rekombinationsrate entsprechen? Liegt es daran, dass die Bewegung eines Elektrons nur der Überwindung der Bandlücke bedarf und damit weniger Prozesse erfordert als die eines Lochs, das ja erst einmal entstehen und wieder besetzt werden muss, um sich fortgepflanzt zu haben? Wie kommt die große zeitliche Differenz zustande?

Ich bin um Erklärungen und weiterführende Hinweise bei dieser und aller weiteren Fragen sehr dankbar

 

[thunderhammer]

Um ein Loch von links nach rechts zu kriegen, müssen alle Elektronen von rechts nach links. Bei n-Leitung ist die Richtung der transportieren Leistung gleich mit dem Fluss der Elektronen, bei p-Leitung sind die Richtungen entgegengesetzt. Ein "Loch" ist ja im Gegensatz zum Elektron keine Elementarladung, sondern ein freier 'Elektronenplatz', auch genannt Defektelektron, also das nicht vorhanden sein eines Elektron. Das heißt um ein Loch effektiv in eine Richtung zu bewegen, müssen alle Elektronen in die andere Richtung bewegt werden.

Jetzt sollte klar sein, dass für den Transport von X Leistung in einem p-Leiter mehr Teilchen bewegt werden, als in einem n-Leiter (d.h. auch, dass die effektive Masse von Defektelektronen größer als die von Elektronen ist). Mehr Teilchen bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit einer Kollision beim Leitungsprozess steigt. Somit ist die mittlere Weglänge, die ein Defektelektron zurücklegen kann, kleiner, als die eines Elektrons und das drückt sich durch eine geringe Beweglichkeit aus.

Wichtig ist zu verstehen, dass Defektelektronen kein Elementarteilchen darstellen, sondern das nicht vorhanden sein von Elektronen.

Hier noch eine gute und vor allem verständliche Seite zum Nachschlagen: https://www.halbleiter.org

Zusatz: Um die unterschiedliche Beweglichkeit von n- und p-MOSFETS bei der CMOS-Technolgie auszugleichen, wählt man die Kanalweite des p-MOS um den Faktor 3 größer.

 

[Rhizojo]

Super, danke dir! Ich glaube, dann ja gar nicht so daneben gelegen zu haben, auch wenn ich mich wahrscheinlich sehr unverständlich ausgedrückt habe

Die Website ist wirklich sehr angenehm im Vergleich zu dem Formel-überladenen Buch