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Im Allgemeinen können Stoffe nach ihrer elektrischen Leitfähigkeit in Leiter, Isolatoren und Halbleiter eingeteilt werden. Die leitenden Eigenschaften eines Stoffes hängen von seiner atomaren Struktur ab. Leitende Elemente sind im Allgemeinen Elemente mit geringem Gewicht, wie Kupfer, Eisen, Aluminium und andere Metalle, deren Außenelektronen durch den Kern gebunden sind, so dass sie sich leicht vom Kern lösen und zu freien Elektronen werden. Daher erzeugen diese Elektronen unter der Einwirkung eines äußeren elektrischen Feldes eine gerichtete Bewegung (Driftbewegung genannt) und bilden einen Strom, der eine bessere elektrische Leitfähigkeit aufweist. Die Elektronen hochpreisiger Elemente (z. B. Edelgase) und hochmolekularer Stoffe (z. B. Gummi und Kunststoffe) sind fest an den Kern gebunden. Sie lassen sich nicht leicht vom Kern lösen und werden zu freien Elektronen. Daher sind sie schlecht leitend und können als Isoliermaterial verwendet werden. Die Außenelektronen von Halbleitermaterialien können sich nicht so leicht vom Kern lösen wie die Leiter, werden zu freien Elektronen und sind nicht so fest an den Kern gebunden wie Isolatoren. Daher liegen die leitenden Eigenschaften von Halbleitern irgendwo dazwischen.

Ein Halbleiter mit einer reinen Kristallstruktur wird als intrinsischer Halbleiter bezeichnet. Häufig verwendete Halbleitermaterialien sind Silizium und Germanium, die vierwertige Elemente mit vier Valenzelektronen im äußeren Orbital der Atomstruktur sind. Wenn ein Silizium- oder Germaniummaterial in einen Einkristall gezogen wird, wird aus einem Paar Außenelektronen (Valenzelektronen) zweier benachbarter Atome ein gemeinsames Elektron, das sich zum einen um den eigenen Kern bewegt und zum anderen in der Bahn erscheint, zu der das benachbarte Atom gehört. an. Unmittelbare Elektronen werden nicht nur von ihrem eigenen Kern beeinflusst, sondern auch von benachbarten Kernen. So teilen sich zwei benachbarte Atome ein Paar Valenzelektronen, um eine kovalente Bindungsstruktur zu bilden. Im Kristall ist daher jedes Atom über kovalente Bindungen eng mit den vier umgebenden Atomen verbunden.

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