Wieso sind in Computer Halbleiter und keine normalen Leiter?
Verstehe das nicht,
wären normale Leiter nicht besser?
Halbleiter hängen doch auch von der Temperatur ab, heißt das, wenn es unter 0° in mein Zimmer ist, geht der PC nicht mehr an?
7 Antworten
Die Halbleiterbauelemente sorgen für effekte, ohne diese ein PC gar nicht arbeiten würde. Eine Zenerdiode z.b. hat die Eigenschaft, dass wenn diese in Sperrrichtung betrieben wird, dass sie bis zu einer bestimmten Spannung Hochohmig bleibt aber dann wenn dann eine bestimmte Spannung die von der Bauweise der Diode abhängt erreicht ist, geht der Widerstand schlagartig nach unten. Bei reinen ohmschen Widerständen wie man sie von ganz normalen Leitern kennt, verläuft die I/U Kennlinie ziemlich Linea. Das ist bei einer Zenerdiode nicht der Fall und das haben wir der besonderen Dotierung des Halbleitermaterials z.b. Silizium zu verdanken.
Um das genauer zu verstehen, muss man sich die Herstellung einer Diode genauer anschauen, denn hier wird nicht nur ein Halbleiter verwendet, dieser Halbleiter wird auch noch entsprechend verarbeitet, sodass diese gewünschten Effekte dabei Auftreten. Bei der Dotierung passiert nichts anderes, als das das Halbleiter Material z.b. Silizium oder Germanium mit Fremdatomen, also Atomen von anderen Stoffen verunreinigt wird, die von Haus aus andere Eigenschaften mit sich bringen. Bei einer Normalen Seliziumdiode z.b. wird ein Teil der Diode mit Bor und ein Teil der Diode mit Phosphor verunreinigt. Das Silizium hat die Eigenschaft, dass dieser 4 Elektronen auf der Außenschale besitzt und damit glücklich ist. Das Bor Atom hat nur 3 Elektronen und ein sogenanntes Elektronenloch an dem gerne ein Elektron währe.
Hä? Warum hat das Bor Atom ein Elektron zu wenig? Elemente sind doch immer Elektrisch neutral haben also gleich viele Elektronen wie Protonen. Das liegt an der Eigenschaft von Bor Elektronen aufzunehmen. Stoffe haben eine Eigenschaft die als Elektronegativität bezeichnet wird. Die Elektronegativität sagt etwas über die Fähigkeit des Stoffs aus Elektronen aufzunehmen bzw. abzugeben. Die Elektronegativität eines Stoffes wird durch die Kernladung und den Atomradius bestimmt. Mehr muss man für die Diode eigentlich nicht wissen.
Phosphor hat genau die selbe Eigenschaft wie Bor nur umgekehrt. Dieser würde gerne ein Elektron abgeben. Auf der einen Seite der Diode hast du also ein P dotierte Schicht mit einen Elektronen mangel und auf der anderen Seite der Diode hast du eine N dotierte Schicht mit einen Elektronen Überschuss. Die Elektronen von der N Dotierten Schicht wandern jetzt in Richtung P Seite und die Elektronen löcher (Das sind Plätze an dem kein Elektron ist aber eines sein könnte) wandern in Richtung N Seite. In der Mitte vereinigen sich die Löcher und die Elektronen und sind glücklich. Dadurch, dass wir Ladungen von N nach P Seite verschoben haben entsteht entsteht ein Elektrisches Feld, welches die Elektronen wieder zurück zur N Seite schieben will, da wir nun hier weniger Elektronen haben als eigentlich sein sollten und deshalb befindet sich hier der + Pol des Feldes. Auf der anderen Seite haben wir das gleiche mit den Löchern. Wir haben zu viele Elektronen als eigentlich sein dürften und deshalb befindet sich auf der P Seite auch der - Pol. Dieser Vorgang geht solange wie der Wille der Elektronen sich mit den Löchern zu vereinen.
Bei einer normalen Silizium Diode ist das bei einer Spannung von 0,7V ab da ist der Vorgang beendet. Wird nun eine Spannung von außen in Durchlassrichtung angelegt baut sich ein äußeres Elektrisches Feld über die Diode auf, die die Elektronen von + Pol der Spannungsquelle über die PN Schicht auf den - Pol der Spannungsquelle drücken will. Das Innere Elektrische Feld drückt dabei dem äußeren entgegen. Solange das innere Elektrische Feld nicht vollständig aufgehoben ist also die angelegte Spannung kleiner 0,7V ist fließt kein Strom und die Diode sperrt und wirkt wie ein Isolator. ist die Spannung größer 0,7V hebt das äußere Elektrische Feld das innere Elektrische Feld vollständig auf und es fließt ein Strom durch die Diode und sie funktioniert wie ein Leiter.
Schaltet man die Diode in Speerrichtung also tauscht - und + der Spannungsquelle verstärkt das Äußere elektrische Feld das innere Feld und die Sperrschicht wird größer und die Diode leitet erst recht nicht. Irgendwann ist natürlich die Spannung so hoch, dass die Diode durchbricht und dann ist die Diode kaputt.
Das ist das Verhalten einer normalen 0,7V Siliziumdiode. Nun kann man mit den Dotierungen ein wenig herumspielen was man dann auch getan hat und plötzlich hatte man Bauteile die nicht nur eine PN Schicht hatten man hatte 3 Schichten eine PNP oder eine NPN Schicht dem ganzen gab man dann noch zum Ansteuern einen 3. Anschluss und der berühmte Bipolartransistor ist geboren.
Schau dir Mal die Transistoren an.
Sie nutzen Halbleiter um einen Strom an bzw. auszuschalten. Der Halbleiter wird dabei mit einem anderen schwachen Steuer-Strom umgeschaltet, sodass er leitend, oder nicht leitend wird.
Das ist das wichtigste Element im Computer, mit vielen Milliarden Transistoren allein in einer heutigen CPU werden die Berechnungen "zusammengebaut". Natürlich ist das noch nicht alles, es gibt noch einige weitere Bausteine, die in der CPU und den anderen Komponenten Anwendung finden.
Aus "normalen" Leitern kann man keine Transistoren bauen.
Höchstens mechanische Relais.
Die schaffen aber keine 2 Milliarden Schaltvorgänge pro Sekunde.
Halbleiter sind physikalische Bauelemente die durch äußere Beschaltung zum Leiter werden. Sie sind in etwa wie ein Schalter zu verstehen. Nur gibt es in Halbleitern keine mechanischen Elemente. Dadurch können diese Halbleiter z.B. 10 Milliarden mal in der Sekunde ein- und ausgeschaltet werden. (Und es geht noch viiiiel schneller !!) Mach das mal mit deinem Lichtschalter im Wohnzimmer. Wenn Du das schaffst hast du die Fahrkarte nach Stockholm quasi schon in der Tasche.
Die Technik heisst Halbleiter und nicht die Eigenschaft; sonst würde der Draht mal leiten und mal nicht! Du hast da was vom grundsätzlichsten Grundsatz nicht verstanden und das kann Dir auch hier niemand soweit erklären, bis man von ganz unten dann beim Halbleiter angekommen ist. Google nach der Entwicklung der Halbleitertechnik... dann hast Du erst mal was zu lesen. Danach darfst Du fragen.
Nicht alles gibt es auf dem Silbertablett serviert!
Mfg