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Illustration Banddiagramm: Metall, Halbleiter, Isolator

Level 3
Level 3 setzt die Grundlagen der Vektorrechnung, Differential- und Integralrechnung voraus. Geeignet für Studenten und zum Teil Abiturienten.
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Drei skizzierte Banddiagramme (aus dem Bändermodell) jeweils für ein Metall, einen Halbleiter und einen Isolator. Anhand der Lage der Fermi-Energie, ist es möglich die Materialien zu klassifizieren. Während bei einem Halbleiter die Fermi-Energie zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband liegt, liegt die Fermi-Energie bei einem Metall im Leitungsband, was die elektrische Leitfähigkeit des Metalls ermöglicht. Warum? Weil nur teilweise gefüllte Bänder zur elektrischen Leitfähigkeit beitragen können. Bei einem Halbleiter (bei T=0) ist das Leitungsband leer und das Valenzband komplett gefüllt, deshalb leitet er nicht. Erst durch die thermische Anregung der Elektronen ins Leitungsband (d.h. Temperatur erhöhen), wird der Halbleiter leitend.

Auch bei einem Isolator liegt die Fermi-Energie zwischen dem Leitungs- und Valenzband, was zu leeren und vollgefüllten Bändern führt. Hier ist die Bandlücke jedoch so groß, dass selbst eine größere Temperatur keine Elektronen ins Leitungsband befördern kann. Deshalb ist ein Isolator nichtleitend.

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