Elektrik-Freaks gut informiert: Halbleiter-Zubehör im Überblick

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Was sind Halbleiter?

Halbleiter sind Feststoffe, die sowohl leiten als auch nicht leiten können. Das hängt ganz von der Temperatur ab, der sie ausgesetzt sind. Je weiter diese sinkt, desto schlechter leiten die Körper. Sie können sogar zu Isolatoren werden. Bei steigender Temperatur hingegen nimmt die Leitfähigkeit immer mehr zu. Durch das Einbringen von Fremdatomen lässt sich das Verhalten von Halbleitern gezielt beeinflussen.

Welche Halbleiter Formen gibt es?

Halbleiter besitzen verschiedene chemische Strukturen:

1. Die einkristalline Form: Der Kristall besitzt eine einheitliche Kristallgitterform. Halbleiter solcher Form werden unter anderem für die Herstellung von Wafern verwendet. Silizium kann beispielsweise eine einkristalline Form aufweisen.

2. Die polykristalline Form: Wie bereits aus dem Namen herauszuhören ist, besteht dieser Körper aus vielen voneinander abgegrenzten Einzelkristallen unterschiedlicher Größe. In der Halbleitertechnik werden sie vor allem in Solarzellen verbaut.

3. Die amorphe Form: Diese Stoffe haben keine geordnete Struktur wie etwa ein Kristall. Für die Herstellung eines solchen Stoffes muss die kristalline Form durch äußere Einwirkung, wie beispielsweise Erhitzen und anschließendem sehr schnellem Abkühlen, oder durch starke Bestrahlung verformt werden. Das Material sollte so schnell wieder in eine feste Form gebracht werden, dass die Atome keine Zeit haben sich wieder neu anzuordnen. Silizium in amorpher Form wird ebenfalls für die Herstellung von Solarzellen verwendet. Durch sein hohes Absorptionspotenzial muss es dabei nur sehr dünn aufgetragen werden.

Weitere Unterscheidungsmerkmale

Halbleiter werden zudem noch in direkte Halbleiter, diese können durch den winzigen Impuls eines Photons angeregt werden, und in indirekte Halbleiter aufgeteilt. Hier muss der Impuls bereits etwas größer sein. Die Energie innerhalb des Leiterbandes ist von diesen Impulsen abhängig.

Undotierte Halbleiter sind Stoffe, die in ihrer reinen Form als Halbleiter verwendet werden. Durch das Dotieren werden Fremdatome eingeführt, welche das Verhalten des Feststoffes verändern. Sie werden zu dotierten Halbleitern.

In welchen Anwendungsgebieten sind Halbleiter von Nutzen?

Halbleiter haben sich zu einem der wichtigsten Elemente der Elektronik herauskristallisiert. Sie werden unter anderem für den Bau von Dioden, Transistoren und Thyristoren verwendet. Durch sie wurde der Bau von elektronischen Schaltungen ermöglicht. Das führte weiterhin zu einer Realisierung der Entwicklung von Mikroelektronik. Diese Miniatur-Schaltungen sind in unserer heutigen Zeit nicht mehr wegzudenken. In der Mikroelektronik werden nicht nur alle einzelnen Bauelemente wie Transistoren, Schaltungen, Widerstände und so weiter zusammengefasst, sondern auch verkleinert. Dadurch ist bei gleicher elektrischer Energiezufuhr eine höhere Rechenleistung möglich.

Mikroelektronische Bauteile werden von Elektrik-Fans vor allem im Computerbereich verwendet. Sie sind Bauteile der CPU und des Arbeitsspeichers sowie vieler anderer Schnittstellen. Hier werden sie als integrierte Schaltkreise verwendet.

Die wichtigsten Halbleiter-Bauteile für jedes Einsatzgebiet

Transistoren sind elektronische Bauelemente, die der Schaltung und Verstärkung elektrischer Signale dienen. Sie werden in praktisch allen elektrischen Schaltungen verwendet und sind daher beispielsweise unabdingbar für den Bau eines Computers. Die gesamte Digitaltechnik lebt von dem Einsatz von Transistoren in integrierten Schaltungen. RAM-Speicher, Flash-Speicher, alle möglichen Mikroprozessoren arbeiten mit diesen elektronischen Bauteilen. Es werden in der Regel viele Transistoren verbaut und jeder Einzelne hat die Möglichkeit, Teilstrom aus- oder einzuschalten. Je höher die Anzahl der eingebauten Transistoren ist, desto größer wird die Speicherkapazität beziehungsweise Funktionsvielfalt. Letztere wird für das gleichzeitige Abarbeiten verschiedener Prozesse benötigt und ermöglicht dem Computer oder Chip demnach ein „Multi-Tasking“-Arbeiten.

Sie können Transistoren meist in großer Stückzahl zu einem günstigen Preis kaufen. Dieser ist natürlich abhängig davon, um welche Transistoren es sich handelt. Die Großpackungen sind aber immer eine gute Investition, da Sie vermutlich mehr als einen Transistor für Ihr Bau-Projekt brauchen.

Dioden

Dioden lassen Strom nur in eine Richtung fließen. In der anderen Richtung sperren sie in durch ihre isolierende Wirkung. Durch diese Eigenschaft können Dioden Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln. Die Halbleiterstoffe, die für Dioden verwendet werden, sind meist Halbleiterkristalle- oder Metalle. Es gibt unterschiedliche Dioden-Typen. Diese sind in der Regel durch Farbcodes oder Beschriftungen voneinander zu unterscheiden. Dioden werden nicht nur für das Gleichrichten von Strom und anderen elektrischen Signalen verwendet, sondern sind vielseitig einsetzbar. In der LED-Technik sind Leuchtdioden beispielsweise nicht wegzudenken. Eine mit einem Widerstand zusammengeschaltete Diode kann Stromflüsse stabilisieren und konstant machen, sie wird als Stromregeldiode bezeichnet.

Welche Formen von Dioden es gibt

Z-Dioden, die Kurzform für Zener-Dioden, sind eine besondere Form, die für die Stabilisierung und die Begrenzung von elektrischen Spannungen verwendet werden. Sie sind ein wichtiges Element des Überlastungsschutzes.

Transil-Dioden, auch Supressordioden genannt, brauchen Sie, um elektronische Schaltungen vor Spannungsimpulsen zu schützen. Zu große Impulse könnten manche Bauteile von Schaltungen beschädigen oder zerstören. Sie ähneln in ihrer Bauweise den Zener-Dioden, können Strom allerdings noch besser ableiten als diese.

Kapazitäts-Dioden stellen eine elektrisch variierbare Kapazität zur Verfügung. Sehr schnelle Schaltungen und Frequenzregler wie beispielsweise in Mobiltelefonen werden meist mit dieser Art der Diode gebaut.

Leuchtdioden sind ein Teil der Optoelektronik, da die kleinen Lämpchen optischen Zwecken dienen.

Auch Dioden werden in großer Stückzahl verkauft, da sie vielfach verbaut werden. Ob Sie nun ein geordnetes Sortiment bevorzugen oder sich auf eine günstige Bastler-Kiste verschiedener Dioden stürzen möchten, es ist genug Auswahl vorhanden.

Integrierte Schaltkreise sind auf einem Mikrochip untergebrachte, winzige elektronische Schaltungen. Wie bereits erwähnt war die Entwicklung dieser Bauteile bahnbrechend für die Mikroelektronik. Ihr Anwendungsgebiet ist entsprechend groß:

Innerhalb eines Computers dienen sie als Prozessoren, ermöglichen ihm also Rechen- und Kontrollarbeit zu leisten. Als Halbleiterspeicher können sie digitale Daten lagern. Auch in Netzteilen oder Leistungs-Verstärkern sind integrierte Schaltkreise verbaut. Da sowohl digitale als auch analoge Signale verarbeitet und umgewandelt werden können, sind diese Schaltkreise ein wichtiges Bauteil elektronischer Tontechnik. Die Liste an Anwendungsgebieten ließe sich vermutlich über viele Seiten hinweg fortführen.

Worauf Sie beim Kauf achten sollten

Integrierte Schaltkreise werden auch als integrated circuit, kurz IC, bezeichnet und sind bei einer Suche im Internet vielfach unter diesem Namen zu finden. Da es derart viele verschiedene ICs gibt, können nicht alle über einen Kamm geschert werden. Je nachdem welche Art Sie suchen, werden Sie integrierte Schaltkreise einzeln oder in größerer Stückzahl bekommen. Oft ist neuwertige Ware dabei kaum teurer als gebrauchte Schaltkreise. Doch auch hier haben Sie die Möglichkeit, von einem ehemaligen Hobby-Bastler, eine ganze Sammlung unterschiedlicher integrierter Schaltkreise zu bekommen. Wenn Sie keinen bestimmten IC suchen, sondern sich erst einmal mit allerlei elektronischen Bauteilen ausrüsten möchten, können solche Sammlerboxen zu einer wahren Fundgrube für Sie werden.

Halbleiter-Relais

Halbleiter-Relais sind eigentlich keine echten Relais, imitieren deren Funktionsweise allerdings. Sie dienen der (Fern-)Schaltung und können verschiedene Stromkreise aktivieren und wieder deaktivieren. Besonders nützlich und daher oft verbaut sind sie bei ungünstigen Umweltbedingungen und häufiger Verwendung des Schalters, da sie sehr langlebig sind. Da sie das Schalten von Wechselstrom während des Nulldurchgangs vornehmen, können sie störende Impulse vermeiden.

Zubehör für das Verbauen und Lagern von Halbleiter-Elementen

Die verschiedenen Halbleiter müssen immer entsprechend verbaut werden, um ihre Funktionen und Leistungen erbringen zu können.

IC-Fassungenhaben eine genormte Anordnung und Anzahl an Pins, die für die Betriebsspannung zu ständig sind. Die ICs müssen lediglich eingesteckt werden, die Kontakte sorgen dann sofort für eine elektrische Verbindung. In manchen IC-Fassungen ist bereits ein Stützkondensator eingebaut. Dieser reduziert dynamische Innenwiderstände innerhalb der Spannungsversorgung. Wenn er nicht bereits in der Fassung integriert ist, muss er zumindest in der Nähe der ICs auf der Leiterplatte montiert werden.

Wie Sie elektronische Bauteile richtig lagern

Eine optimale Lagerung elektronischer Bauteile ermöglichen SMD Container. Diese kleinen Boxen können durch ein Stecksystem aneinandergefügt und damit zu einem großen dabei aber trotzdem geordneten Behälter werden. Mit dem Einsatz eines solchen Lagersystems müssen Sie nicht mehr befürchten wertvolle Einzelteile zu verlieren oder stundenlang nach ihnen wühlen zu müssen.

Das Einbauen von Kühlkörpern kann in der einen oder anderen Schaltung notwendig sein. Auch über spezielle Wärmeleitpasten kann überschüssige Hitze abgeleitet werden, so dass diese keine Bauteile beschädigen kann.

Für Neulinge und Interessierte auf dem Gebiet der Schaltungstechnik gibt es eine ganze Reihe an Büchern, die fachtechnisches Wissen und Informationen weitergeben. Wenn Sie sich für Halbleiter-Laser, Lexika oder genaue Erläuterungen zu bestimmten Schaltbeispielen interessieren, stehen Sie vor einer großen Auswahl an interessanter Literatur.

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