Halbleiter - Aufbaufrage < Chemie < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 17:17 Fr 12.01.2007 | | Autor: | pyro |
Hallo!
Im Rahmen des Elektronikunterrichts ist mir eine eher chemische Frage aufgetaucht, und ich dachte da kann ich ja hier mal nachfragen.
Es geht eigentlich um Halbleiterelemente und deren Aufbau.
Von der Natur her ist es ja so, dass Atome und Verbindungen immer den Zustand der niedrigsten möglichen potentiellen Energie anstreben.
Nun gibt es ja auch Halbleiter, die aus Atomen der 3. und 5. Gruppe entstehen. Als Beispiel nun GaP.
Gallium-Phosphid (Gallium 3. Periode, 5 Außenelektronen, Phosphor 2. Periode, 3 Außenelektronen).
Was passiert da? Gibt das Phosphor ein Elektron ab? Wenn ja wieso, zum Gallium ist doch die potent. Energie des Elektrons viel hoeher? Oder wie muss ich das verstehen? Im Bändermodell liegen doch die Außenelektronen des Galliums viel höher als die des Phosphors?
Danke schonmal für Antworten
pyro
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Hallo pyro,
wahrscheinlich kann ich keine große Hilfe sein, aber ich kratz mal zusammen, was ich gefunden habe.
Zuerst eine kleine Verwechslung bei Dir: Gallium hat drei Außenelektronen, Phosphor fünf.
Dann betragen die Ionisierungsenergien für das 1. Elektron für Ga: 5,998 eV, für P: 10,485 eV (1 eV = 96,485 kJ/mol); d.h. Ga gibt sein Elektron viel leichter her als P. Zum gleichen Resultat kommt man, wenn man die Elektronegativitäten vergleicht: [mm] EN_{Ga}= [/mm] 1,82 und
[mm] EN_{P}=2,06 [/mm] (nach Allred-Rochow); d.h. Phosphor ist der elektronegativere Bindungspartner.
Das Lehrbuch der Anorganischen Chemie von Hollemann-Wiberg ("Bibel der Anorganik") führt die III / V - Verbindung GaP unter der Überschrift "dreiwertige Galliumverbindungen", also nehme ich an, dass, wie es auch die Endung -id in Galliumphosphid anzeigt, [mm] Ga^{3+}-Ionen [/mm] und [mm] P^{3-}-Ionen [/mm] vorliegen könnten. Ich sage könnten, weil die Elektronegativitätsdifferenz nur bescheidene 0,2 beträgt. Normalerweise geht man von ionischen Bindungen erst ab einer EN-differenz > 1,5 aus. D.h., der kovalente Anteil der Bindung dürfte verhältnismäßig sehr hoch sein.
An weiteren Informationen entnehme ich noch, dass GaP gelb ist, bei 1465°C schmilzt, in der Zinkblende-Struktur kristallisiert (ähnlich wie Diamant, d.h. es liegen [mm] GaP_{4}- [/mm] und [mm] PGa_{4}-Tetraeder [/mm] vor), und die Bandlücke zwischen Valenzband und Leitungsband [mm] E_{g} [/mm] = 2,26 eV [mm] \hat= [/mm] 218 kJ/mol beträgt.
Eingebaut in eine LED liefert GaP grünes Licht, wobei die Wellenlänge des ausgestrahlten Lichts [mm] (\lambda [/mm] = 550 nm) durch die Bandlücke bestimmt wird (das Halbleitermaterial GaP ist dabei jeweils teils n- teils p-dotiert).
Wie Du siehst ist die Frage nach der Natur der Bindung bei GaP nicht so einfach zu beantworten.
Lieben Gruß, Martinus
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 17:42 Sa 13.01.2007 | | Autor: | pyro |
Hm ja vermutlich rutsche ich da schon zu weit in die Chemie ab. Danke auf jeden Fall schonmal.
Der kovalente Bindungsanteil ist auch am größten, aber was nun genau passiert, das weiß ich nicht. Werde wohl nochmal nachfragen nächste Woche!
gruß
pyro
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 23:47 Sa 13.01.2007 | | Autor: | Martinius |
Hallo pyro,
ich hab noch mal nachgeguckt, im Internet und im Holleman / Wiberg. Der schreibt, dass Galliumverbindungen mit den Pentelen Stickstoff, Phosphor, Arsen und Antimon isovalenzelektronisch mit C, Si, Ge, Sn sind. Das ist im Einklang mit der EN-Differenz und der tetraedrischen Struktur kovalenter Bindungen. (Allerdings widerspricht sich das Buch hier selbst, da es einmal GaP als dreiwertige Ga-Verbindung bezeichnet, es ein anderes mal als isovalenzelektronisch mit Si bezeichnet.)
Wir lassen daher jetzt einfach mal ein Elektron vom Phosphor auf das Gallium übergehen (wie Du ursprünglich vorgeschlagen hattest), auch wenn wir dabei die Elemente gegen den Strich bürsten, erhalten jeweils eine [mm] s^{2}p^{2} [/mm] Außenschale, die wir zu [mm] sp^{3} [/mm] hybridisieren, und basteln uns daraus jeweils vier kovalente Bindungen, also die genannten [mm] GaP_{4}- [/mm] und [mm] PGa_{4}-Tetraeder [/mm] der Zinkblendestruktur. Das Gute daran ist das Elektronenoktett, das GaP die Edelgasregel erfüllen lässt. Das Schlechte daran, dass [mm] Ga^{-} [/mm] eine negative Ladung trägt und [mm] P^{+} [/mm] eine positive Ladung, ganz entgegen ihrer Elektronegativität. Die kovalenten Bindungen sind wahrscheinlich polarisiert, wegen der Ladung und EN. Und einen höheren ionischen Bindungsanteil gäbe es dann auch noch.
Ich hab aber ein sehr mulmiges Gefühl dabei.
Vielleicht findet sich doch noch jemand im Forum, der Aufklärung schaffen kann.
Lieben Gruß, Martinus
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