Leiter und Halbleiter

Bereits 1727 wurde der Unterschied zwischen Leiter und Isolator entdeckt, doch erst 1821 wurde die Leitfähigkeit bzw. der elektrische Widerstand durch das Ohmsche Gesetz quantifizierbar. Es sollte noch eine ganze Weile dauern, bis man Halbleiter entdeckte oder gar mit ihnen praktisch etwas anfangen konnte. Mittlerweile fährt die Halbleiterindustrie jährlich Umsätze in Höhe von 250 Milliarden US-$ ein.

Nachdem in der Anfangszeit Germaniumoxid verwendet wurde, ist nun seit langer Zeit Silizium das Mittel der Wahl. Unter anderem ist es im Gegensatz zu Germaniumoxid nicht wasserlöslich.

Es muss zu diesem Zwecke in hochreiner kristalliner Form vorliegen.
Auch organische Halbleiter sind mittlerweile verfügbar, jedoch wenig verbreitet.

Die Anwendungsbereiche sind weitläufig. Allein Dioden lassen sich immerhin sehr vielseitig einsetzen, doch auch für Photovoltaikanlagen sind Halbleiter erforderlich.
Eine besonders interessante und wenig bekannte Einsatzmöglichkeit sind Halbleiterdetektoren – sie finden Anwendung in der Spektroskopie und der Teilchenphysik. Hier liegt die Spannung in Sperrrichtung an, doch durch ionisierende Strahlung oder geladene Teilchen entstehen freie Ladungsträger, welche einen Stromfluss auch in die eigentliche Sperrrichtung ermöglichen.
Beim Large Hadron Collider am CERN findet so etwas beispielsweise als Teil von ATLAS Anwendung.
Praktische Anwendungen finden natürlich vielmehr beispielsweise vorgenannte Dioden oder Transistoren. Dennoch könnten die Forschungen am CERN uns in Zukunft voranbringen und ohne ATLAS wäre das ganze nahezu sinnlos. Aber wie wird das ganze eigentlich hergestellt und von wem? Nun, die beiden führenden Hersteller sind japanisch, doch bereits an dritter Stelle findet sich die Wacker Chemie AG mit Hauptsitz in München.

Bleibt das wie: Zunächst wird elementares Rohsilizium aus Siliziumdioxid gewonnen, indem es zusammen mit Kohlenstoff auf 2000°C erhitzt wird. Dadurch erhält man elementares Silizium und Kohlenstoffdioxid.
Für unsere Zwecke wird dieses dann noch mehrfach gereinigt und aus der Schmelze an einem Keimkristall ein neuer, großer Kristall mit bis zu 300mm Durchmesser und über einem Meter Länge gezogen. Diese werden dann in dünne Schichten, die sogenannten Wafer, geschnitten. Die weitere Verarbeitung hängt dann davon ab, was genau daraus gefertigt wird. Doch damit hat man entsprechendes Ausgangsmaterial.
Dass dieses auch in großen Mengen benötigt wird, erwähnte ich ja bereits.
Wie auch immer, zuletzt zählt, dass es funktioniert. Und das tut es. Ich habe noch nicht erlebt, dass mein Computer etwas anderes getan hat als das, was ich ihm gesagt habe.

Zusammenfassend sind Halbleiter insgesamt immer noch Hightech, immer wichtiger und erzielen allein direkt Umsätze von einer viertel Billion pro Jahr – Wenn man noch Produkte hinzuzieht, die irgendwo auf Halbleiter angewiesen sind oder deren Produktion von Halbleitern abhängt bleibt vermutlich nicht mehr viel übrig, das ohne Halbleiter auskommt. Dass sie auch in der Forschung unabdingbar sind, ist wenig verwunderlich.

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