1. Einführung in das Fachgebiet

1.1 Erfindung des Transistors

In den späten vierziger Jahren und als Ergebnis längerer Forschungen wurde in den Bell Laboratories der Transistor (Übergangswiderstand) entwickelt, der die physikalischen Eigenschaften eines Halbleiters nutzt und die Vakuumröhren ersetzte.
Diese waren zerbrechlich, nahmen viel Platz in Anspruch und brauchten Aufwärmzeiten eher die Geräte, die sie betrieben funktionierten.
Diese Erfindung, für die die Entwickler John Bardeen, Walter Brattain und William Shockley 1956 den Nobelpreis erhielten, ist der Grundbauteil, ohne den kaum ein wichtiges elektronisches Gerät vorstellbar wäre - von E-Gitarren und digitalen Uhren über Computer bis hin zu Mondraketen.

1.2 Stoffe und elektrische Leitfähigkeit

Stoffe weisen je nach Atomarstruktur unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten auf.
Daher lassen sie sich in drei Kategorien unterordnen:

1.2.1 Nichtleiter sind Stoffe, die wegen ihrer Atomarstruktur nicht in der Lage sind, elektrischen Strom zu leiten, da sie nicht oder kaum über freie Elektronen (1.1.2.4.1.1) verfügen.

1.2.2 Leiter sind Materialien ( Metalle), die freie Elektronen für die elektrische
Leitung besitzen.

1.2.3 Halbleiter sind Kristalle mit Valenzelektronen (1.1.2.1.1.4.1), die sich durch thermische oder optische Energiezufuhr von ihren atomaren Verbindungen lösen um dann die elektrische Leitung zu gewährleisten. Diese Eigenschaft der Halbleiter nimmt mit der Temperatur zu. Bei tiefen Temperaturen sind diese Kristalle nichtleitend.

1.3 Leitungsmechanismus in den Halbleitern

1.3.1 Bändermodell
Das Bändermodell veranschaulicht die erlaubten Energiezustände eines Elektrons innerhalb eines Atoms (1.1.2.1.1.6) und erklärt u.a. den Mechanismus der Leitung in einem Halbleiter.

1.3.2 Valenz-, Leitungs- und Verbotenes Band
Im Valenzband befinden sich Bindungselektronen, die durch Energiezufuhr durch das verbotene Band in das Leitungsband gelangen. Dort können