Festkörperphysik

Die Halbleiterphysik-Serie benutzt an vielen Stellen Begriffe, die sie nicht selbst erklärt: reziprokes Gitter, Brillouin-Zone, effektive Masse, Phononen. Sie stammen alle aus der Festkörperphysik -- und genau die Lücke schließt diese Serie.

Sie ist damit das Gegenstück zur Elektrodynamik: Dort ging es um Felder um die Bauteile herum, hier geht es um die Ordnung im Material, aus der die elektrischen Eigenschaften erst entstehen.

Der Zuschnitt ist bewusst eng. Es geht nicht um Festkörperphysik als Ganzes, sondern um den Weg, der zur Halbleiterphysik führt. Supraleitung, Magnetismus der Materie (der steht in Teil 10 der Elektrodynamik) und Kristallzüchtung bleiben außen vor.

Der Fahrplan

Die Teile bauen aufeinander auf und laufen auf die Bandlücke zu.

I. Die Struktur

# Thema Kernfrage
1 Kristallgitter, Basis und Elementarzelle Wie beschreibt man eine periodische Anordnung von Atomen?
2 Reziprokes Gitter und Beugung Warum zeigt ein Beugungsbild nicht den Kristall, sondern sein Spiegelbild?
3 Die Brillouin-Zone Was bedeuten Γ, X und L in jeder Bandstruktur?

II. Was den Kristall zusammenhält

# Thema Kernfrage
4 Bindungstypen im Festkörper Warum ist Diamant hart und isolierend, Kupfer weich und leitend?
5 Gitterschwingungen und Phononen Was schwingt in einem Kristall -- und warum darf man es zählen?

III. Die Elektronen

# Thema Kernfrage
6 Freies Elektronengas und Fermi-Kugel Warum tragen die vielen Elektronen im Metall kaum zur Wärmekapazität bei?
7 Bloch-Theorem: Elektronen im Kristall Wie entsteht aus einem periodischen Potential eine Bandlücke?
8 Von den Bändern zum Halbleiter Warum ist Silizium ein Halbleiter und Aluminium ein Metall?

Wo es weitergeht

Teil 8 endet genau dort, wo die Halbleiterphysik beginnt -- bei effektiver Masse, Löchern und der Bandlücke. Wer von dort kommt und etwas nachschlagen will, findet hier die Herleitung; wer hier anfängt, kann anschließend geradeaus weiterlesen.

Weiterführendes