Diskussion:Halbmetalle/Archiv

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[[Diskussion:Halbmetalle/Archiv#Thema 1]]

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Kohlenstoff ?

Der Satz "Zu den Halbmetallen werden diejenigen Elemente gezählt, die den elektrischen Strom nur unter bestimmten Bedingungen oder in bestimmten Kristallstrukturen leiten" trifft auch auf Kohlenstoff zu: Die Kohlenstoffmodifikation Graphit leitet den Strom. Warum zählt dann Kohlenstoff nicht dazu?

Leider gibt es keine exakte, allgemein gültige Definition, was unter einem Halbmetall zu verstehen ist. Bisher wird Kohlenstoff nicht zu den Halbmetallen gezählt. Ebenso das Element Astat (siehe meine Anfrage oben). Dagegen wird das in der Aufzählung fehlende Gallium häufig als Halbmetall bezeichnet. Auch Bor wird nicht immer zu den Halbmetallen gezählt. -- Thomas 16:45, 25. Dez 2005 (CET)

Laut Römpp zählen auch die Kohlenstoff-Modifikation Graphit und graues Zinn zu den Halbmetallen. --Cepheiden 09:41, 23. Jul 2006 (CEST)

Willkürlich

Die Definition f. Halbleiter ist meines Wissens lediglich willkürlich über die Leitfähigkeit bei Raumtemp. erfolgt. Halbleiter ist ein Überbegriff und umfaßt Halbmetalle und Verbindungshalbleiter gleichermaßen. Ich setz das mal in den Text ein. Wer will kann den Verbesserungsstatus wieder einführen. --NorbertR. 14:32, 23. Dez. 2007 (CET)

Das Buch ist sehr gut und behandelt auch die nicht-Elektronik-Technologien. Bei Amazon ab 0.01€ zu haben.--NorbertR. 14:58, 23. Dez. 2007 (CET)

Überarbeiten-Baustein (erl.)

Ich habe den Baustein reingesetzt, da es dringend eine physikalische Definition braucht. Erst dann läßt sich klären welche Stoffe mit rein gehören. Eventuell ist es auch einfach ein veralteter Begriff aus der Zeit als man noch Stoffe nach dem Augenschein klassifizierte. --Zahnstein 11:49, 22. Jul 2006 (CEST)

In den Diskussionen oben steht ja schon, dass es keine wirkliche Definition gibt. Eigenschaften die häufig genannt werden sind dass sie mesit in zwei allotropen Modifikationen vorkommen, von denen die eine metallischen, die andere nichtmetallischen Charakter trägt. Außerdem sind es Heißleiter und Verunreinigungen lassen ihre Leitfähigkeit steigen und senken sie nciht wie bei Metallen. Es gibt wohl auch ein Kriterium, das sich auf die Bandstruktur bezieht, ihre Bandlücke. Da find ich aber keine klaren Werte. So wie ich das Verstehe fällt das sehr strark mit der Halbleiterdefinition zusammen. Das wäre laut Römpp eine neuere Definition, es gibt wohl auch ein ältere die sich auf die Valenzelektronen und die Art und Weise wie sie Ionisieren bezieht. --Cepheiden 09:40, 23. Jul 2006 (CEST)

Achso, so wie ich die Diskussionen oben betrachte gibt es wohl deutliche Unterschiede in der Definition von Chemikern und Physikern. Ich schau nachher mal in den Kittel und den Ashcroft, mal sehen was die sagen.--Cepheiden 09:44, 23. Jul 2006 (CEST)

Ich hatte vermutet, dass diese Stoffgruppe aus der Zeit stammt, als man noch nicht die physikalischen Grundlagen kannte und die Chemiker damals Eigenschaften von Metallen und Nichtmetallen bei dieser Gruppe bemerkten. Leider habe ich keine Quellen dazu gefunden. Das hier scheint mir eine treffende Definition zu sein: "Any chemical element having some of but not all the properties of metals" --Zahnstein 06:21, 24. Jul 2006 (CEST)

Das ist gut möglich. Daher meine Vermutung, dass es eine ältere und einen neuere Zuordnung gibt, die sich aber beide doch recht stark von einander unterscheiden. Die neue Zuordnung nach Ashcroft und Kittel bezieht sich jedenfalls wie es oben schon jemand sagte auf die Lage des Valenz- und des Leitungsbandes. Bei Halbmetallen überlapen diese etwas, so dass Löcher im Valenzband und Elektronen im Leitungsband vorhanden sind. Je nach Kristallmodifikation weisen sie dann metallische und nichtmetallische Eigenschaften. Nach dieser Definition gehören dan zumindest Arsen, Antimon und auch Wismuth zu den Halbmetallen. Silizium mit einer Bandlücke definitif nicht. Wäre ja mal schön wenn sich ein Festkörperphysiker finden würde der bei der Überarbeitung hilft. --Cepheiden 08:47, 24. Jul 2006 (CEST)

Bismut scheint sowohl von der elektrischen Leitfähigkeit als auch der Dissoziationsenergie zu den Metallen zu zählen. Die modifizierte Version scheint mir wesentlich stimmiger als die alte Definition. Ich werde sie ab jetzt so verwenden, Die Farbgebung meines eigenen Periodensystems habe ich geändert. Einheitliche Farbe für Halbleiter und Halbmetalle, aber 45 Grad-Schraffur (im Uhrzeigersinn) für Halbleiter und 135 Grad-Schraffur für Halbmetalle. Damit bleibt klar, daß Halbleiter und Halbmetalle ähnlich sind. Sollte dies auch für das Periodensystem in Wikipedia diskutiert werden? -- jopo 26. Nov 2006

Schön dass die meine Änderungen positiv aufgenommen werden. Leider fügen sich die neuen Teile von 85.16.14.180 schlecht in den Artikel ein. Hat jemand einen Vorschlag wie man den Artikel besser gliedern kann? --Cepheiden 00:21, 27. Nov. 2006 (CET)

Teile die sinnvollerweise in der Diskussion stehen würden, stehen jetzt im Artikel wie mir scheint, denn unter anderem will niemand im Artikel lernen, wie Halbleiter und Halbmetalle im Wikipedia Periodensystem schraffiert werden sollten. McBayne 21:36, 17. Jan. 2007 (CET)

OK, hab erstmal den folgenden Absatz aus dem Artikel entfernt, evtl sollte der Teil umgeschrieben werden so dass er passt, dazu gehört auch die Tabelle im Artikel:

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_Anmerkungen zur Einordnung_

• Eigentlich kann man bei einem Element, das in verschiedenen Kristallmodifikationen vorkommt, keine eindeutige Zuordnung als Metall, Halbmetall oder Nichtmetall vornehmen, aber bei der Darstellung im Periodensystem erfolgt immer eine Zuordnung.

Vorschlag: Die Zuordnung sollte nach der häufigsten und stabilsten Kristallmodifikation bei Raumtemperatur und Normaldruck erfolgen.

Farbgebung: Einheitliche Farbe für Halbleiter und Halbmetalle, aber 45 Grad-Schraffur (im Uhrzeigersinn) für Halbleiter und 135 Grad-Schraffur für Halbmetalle. Damit bleibt klar, dass Halbleiter und Halbmetalle ähnliche Eigenschaften haben.

• Bei einigen Halbmetallen, Metallen oder Verbindungen zeigt sich eine Dichteanomalie: Beim Erstarren findet eine Volumenvergrößerung statt. Es handelt sich um folgende Elemente bzw. Verbindungen: Antimon Sb, Bismut Bi, Gallium Ga, Germanium Ge, Plutonium Pu, Zirkoniumwolframat, Wasser. Diese Eigenschaft kann deshalb nicht als Charakteristikum zur Definition von Halbmetallen gelten.

• In der Chemie wird die Dissoziationsenergie manchmal zur Charakterisierung von Metallen und Halbmetallen verwendet.

(siehe Arsen: Der Halbmetallcharakter des Arsens zeigt sich zudem darin, dass die benötigte Dissoziationsenergie von 302,7 kJ/ mol, also die Energie, die aufgebracht werden muss, um ein einzelnes Arsen-Atom aus einem Arsen-Festkörper herauszulösen, zwischen der des Nichtmetalls Stickstoff (473,02 kJ/mol; kovalente Bindung) und des Metalls Bismut (207,2 kJ/mol; metallische Bindung) liegt.)

• Oft wird die elektrische Leitfähigkeit zur Charakterisierung von Metallen verwendet.
  • Hohe Leitfähigkeit: Leiter = Metall (Typischerweise > 10⁶ S/m)
  • Mittlere Leitfähigkeit: Halbleiter = Halbmetall
  • Niedrige Leitfähigkeit: Isolator = Nichtmetall (Typischerweise < 10^-10 S/m)
  • Diese Charakterisierung scheint für sich allein nicht ausreichend zu sein.

• Anhand der Bandlücke wird eine Klassifizierung nach Leitern, Halbleitern und Isolatoren vorgenommen. Die genauen Grenzen sind unscharf, man kann jedoch in etwa folgende Grenzwerte als Faustregel benutzen:
  • Leiter haben keine Bandlücke.
  • Halbleiter haben eine Bandlücke im Bereich von 0–3 eV.
  • Nichtleiter haben eine Bandlücke größer als 3 eV.
    

• In manchem Periodensystem tauchen Jod und Phosphor wegen ihrer Leitfähigkeit als Halbmetalle auf.

Jod ist wegen seiner Dissoziationsenergie eher den Halogenen zu zuordnen. Schwarzer Phosphor ist aufgrund von Leitfähigkeit und Dissoziationsenergie eher ein Halbmetall als ein Nichtmetall. Hat er eine Bandlücke, wäre er sogar eher ein Halbleiter.

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--Cepheiden 17:45, 23. Jan. 2007 (CET)

Halbleiter bei 3eV Bandgap einzuschränken ist nicht zielführend. GaN ist z.B. der Halbleiter, der DVDs und deren Nachfolger möglich gemacht hat. GaN hat ne Bandlücke von 3.4 eV. Das neue "Trend-Materialsystem" ZnO hat eine ähnliche Bandlücke! Das Forschungsgebiet der "wide gap materials" ist Gegenstand der Forschung und von grossem Interesse. Eine Einschränkung ist eher bei 4eV oder 4.5eV zu machen.--Mr.Joe 11:08, 15. Aug. 2007 (CEST)

hallo, "wide gap materials" bedeutet nicht halbleiter. es gibt viele veröffentlichungen zum thema "wide gap materials", die bewusst die begriffe halbleiter und isolator nicht verwenden, denn die grenzen zwischen beiden sind bekanntlich fließend. technologen unterscheiden da eher nach den spezifischen eigenschaften und nicht nach den zwei gruppen. die ungefähre einordnung ab wann ein material als halbleiter eingordent wird ist meiner ansicht nach mit 3 eV in Ordnung und richtet sich auch nach angaben in der literatur (Kittel, Ashcroft). eine anhebung auf 4 oder gar 4,5 eV empfinde ich als zu hoch, denn das liegt schon im UV-Bereich, warum dann nicht gleich noch viel höher gehen? 5,45 eV ist dann auch nicht mehr weit, aber würdest du auf die idee kommen einen Diamanten als Halbleiter zu bezeichnen? Was hat diese Diskussion eigentlich mit Halbmetallen zu tun? Die leigen doch ganz woanders. --Cepheiden 12:07, 15. Aug. 2007 (CEST)

Die Frage ist, was du machen willst. Die Grenze ist wohl nicht festzunageln. Fest steht allerdings, das II-IV-Verbindungen wie ZnSe, CdSe, CdTe, Zn0 etc genauso wie Gruppe-III-Nitride mit jeweiligen BAndlücken zwischen 3 und 4 eV in papers und auf Konferenzen als Halbleiter bezeichnet werden. Mein angeführter Begriff "wide-gap materials" ist ein Schlagwort bzw. Fachslang, das eben diese Elemente beschreibt. Genauer müsste es "wide gap semiconductors" heißen. Kommt wahrscheinlich daher, dass Bauelemente, die auf Si-Basis gebaut wurden, jetzt auch mit GaN (DVD) oder ähnlichem gebaut werden.Mr.Joe 01:04, 25. Jan. 2008 (CET)

Es gibt halt keine allgemeine Festlegung. Aber auch Wissenschaftler sind bei weitem nicht genau in ihren Formulierungen, manchmal sogar absichtlich. Die Bezeichnung "wide-gap materials" empfinde ich als sehr passend, da es eher ein technischer begriff ist und die Grenzen zwischen Halbleitern und Isolatoren nicht noch weiter verwischt. Irgendwo muss man ja eine Grenze legen oder man schafft einen der Begriffe ganz ab. Die Grenzen sind z. T. auch historisch begründet. Im Buch „Wide bandgap semiconductors - Fundamental properties and modern photonic and electronic devices“ wird der Bereich für "wide-gap materials" von ca. 2 eV bis ca. 6,5 eV angeben. Ich würde das nicht mehr als Halbleiter bezeichnen, selbst wenn diese Materialien für Anwendungen eingesetzt werden, die ursprünglich Halbleitern vorbehalten waren. Irgendwann entwickelt jemand einen UV-Laser auf Siliziumdioxid-Basis mit einem Bandabstand um 8,5 eV und dann wird Siliziumdioxid zum Halbleiter oder wie? P.S. witzig dass die Diskussion hier bei den Halbmetallen geführt wird --Cepheiden 09:04, 25. Jan. 2008 (CET)

Danke, dass sich endlich jemand getraut hat, den ÜA-Baustein rauszunehmen. Cholo Aleman 11:03, 25. Jan. 2008 (CET)

Astat ein Halbmetall?

Ein anonymer Benutzer hat Astat als Halbmetall eingetragen. Es hat zwar "metallischer"e Eigenschaft als Iod, zählt aber meines Wissens nicht zu den Halbmetallen. Eure Meinung?--Thomas 12:47, 2. Mai 2005 (CEST)

Überarbeitung dringend erforderlich !?!

Hallo!

Wie genau und woher stammt bitte hier die Einteilung Halbmetalle vs. Halbleiter? Als Physiker ist mir ein klares Unterscheidungskriterium zwischen Halbmetallen und Halbleitern anhand der Bandstrukturen bekannt. Demanch ist Silizium DEFINITIF ein klassischer HalbLEITER und DEFINITIV KEIN (!) Halbmetall. Die Einstufung von Silizium als Halbmetall ist nach meinem Kenntnisstand eine massive Fehlzuordnung, die ich dummerweise auch immerwieder in 'Fachpublikationen' des Wissenschafts'journalismus' lesen muss - vermutlich weil die Damen und Herren einfach blöd bei Wikipedia abschreiben, wenn Sie meinen, etwas 'kluges' zum Stichwort "Silizium" sagen zu müssen - und dann klassisch danebengreifen!

Nach meinem Kenntnisstand gehören zu den Halbleitern diejenigen Elemente, deren Bandstruktur eine Bandlücke zwischen Leitungs- und Valenzband aufweist. Halbmetalle sind solche Materialien, bei denen die an der Leitfähigkeit beteiligten Elekronenbänder zwar energetischen Überlapp aufweisen, so dass es zu teilgefüllten Bändern und mithin einek Elektronentransport kommen kann, diese energetischen Bänder aber in verschiedenen Kristallrichtungen streng voneinander getrennt sind, so dass die elektrische Leitfähigkeit prinzipell gegeben ist, aber stark von den Kristallrichtungen abhängt.

(Metalle hingegen weisen den energetischen Überlapp der Bander in den selben Kristallrichtungen auf. so dass ein Wechsel der Leitungselektronen von einer Kristallrichtung in eine andere möglich, und somit eine isotrope (richtungsunabhängige) Leitfähigkeit möglich wird.)

Silizium ist nach dieser Definition definitiv KEIN Halbmetall sondern das Paradebeispiel für einen Halbleiter.

Die Zuordnung der anderen Elemente kann ich im Moment nicht gültig vornehmen, da ich Ihre Bandstruktur nicht auswendig kenne und erst in Lehrbüchern ermitteln müsste.

Kohlenstoff dürfte je nach Konfiguration einmal zu den Halbmetallen zählen (Graphit im schichtartigen, wabenförmigen Aufbau mit sp2-Hybridisierung, d.h. metallischem Elektronentransport entlang der Graphitebenen und als elektronischer Isolator senkrecht zu den Graphitebenen! - also ein klassisches Beispiel für anisotrope richtungsabhängige Leitfähigkeit! - ) während Kohlenstoff mit sp3 Hybridisierung in der buchstäblichen Diamantstruktur zu den isotropen HalbLEITERN mit einer recht grossen Bandlücke (größer als Si, glaube ich) gehört.

Dennoch und deshalb bin ich der festen Überzeugung, dass der hier bisher vorliegende Artikel aus der Sichtweise eines Physikers (nach Lehrmeinung) schlichtweg falsche Behauptungen verbreitet.

Bevor ich hier aber einfach den Artikel über den Haufen werfe, wollte ich zunächst nachfragen, WOHER die hier verbreiteten Ansichten stammen: Wird bei den Chemikern (mangels klarer Kriterien?!?) ein derartiges Zusammenwürfeln der Klassifizierung zwischen Halbleitern und Halbmetallen vorgenommen? Aus welchen Büchern/Quellen/Lehrmeinungene wurde die hier verbreitete Darstellung entlehnt?

Gruß

Uwe

PS: Für die Klassifizierung des Astat müsste ich erstmal nachgucken, ob ich irgendwo eine Bandstruktur von dem Zeug ausfindig machen kann - erst danach läßt sich die Einteilung physikalisch klar durchführen.

(nicht signierter Beitrag von 84.62.10.245 (Diskussion | Beiträge) 17:36, 15. Jun. 2006 (CEST))

Unterscheidung nach Leitfähigkeit bei T=0

Ich weiß nichts über richtungsabhängige und isotrope Leitfähigkeit, aber die Abgrenzung von Halbleitern und Halbmetallen in diesem Artikel ist auf jeden Fall unzureichend. Laut Kittel - Festkörperphysik wird ein Halbleiter bei T=0 zum Isolator, während bei einem Halbmatall bei T=0 ein Band nur fast vollständig besetzt und ein anderes geringfügig besetzt ist. Dadurch ist auch bei T=0 noch eine gewisse Leitfähigkeit vorhanden. (nicht signierter Beitrag von 84.150.182.168 (Diskussion | Beiträge) 13:22, 22. Jun. 2006 (CEST))

Technischer Fehler bez. WIki-Table Sorting

Sortierbare Tabelle ist in der Spalte Leitfähigkeit nicht bzw. falsch sortierbar. Achim1999 19:04, 12. Jul. 2009 (CEST)

Die Software erkennt die Werte in Exponenten-Schreibweise leider nicht als ZAhlen und sortiert sie deshalb nicht entsprechend, da weiß ich grad aber auch keine Lösung --Wickie³⁷ 12:58, 8. Feb. 2010 (CET)

Sollte jetzt eigentlich korrekt funktionieren. Viele Grüße --Orci Disk 13:25, 8. Feb. 2010 (CET)

Ja tut es, danke. ich hab bei der Gelegenheit auch gleich noch etwas Typo verbessert. --Cepheiden 13:28, 8. Feb. 2010 (CET)

Begriffsherkunft

Ich denke, der Begriff Halbmetall stammt aus der Chemie bzw. Werkstoffkunde, als Übergangsgruppe zwischen Metallen und Nichtmetallen. Diese Begriffe wurden bereits verwendet, als man von Energiebändern und Bandlücken noch nichts wußte.

Die Klassifizierung der Halbmetalle ergibt sich historisch nicht nur aus der elektr. Leitfähigkeit, sondern auch aus anderen physikalischen und chemischen Eigenschaften (spröde HM vs. duktile Metalle, mattgrau-glänzende HM vs. meist silbrig-glänzende Metalle, mittlere Elektronegativität, Bildung amphoterer Hydroxide).

Trotzdem ist die Klassifizierung gemäß all dieser Attribute unklar und verschwommen. Dazu trägt die Klassifizierung mittels Bandlücke auch nichts bei. Zwar stimme ich zu, daß die Bandlücke eine klar definierte Größe ist, und ich möchte ihre Verwendung daher nicht hinterfragen, aber die Verwendung willkürlicher Grenzen ist trotzdem nicht wirklich hilfreich. Die Fachliteratur ist ebenfalls uneinheitlich und manchmal innerhalb ein und derselben Monographie widersprüchlich.

Wozu sollte eine Einteilung in Metalle/Halbmetalle/Halbleiter/Nichtmetalle gut sein, wenn sie genauso willkürliche Grenzen (und sogar eine mehr, nämlich 3 statt 2) verwendet, als die alternativen Einteilungen Metalle/Halbmetalle/Nichtmetalle sowie Leiter/Halbleiter/Nichtleiter.

Ein Beispiel aus einer Monographie:

• Metalle: deutliche Bandüberlappung
• Halbmetalle: geringe Bandlücke bzw. geringe Bandüberlappung (Bandlücke <0.1eV)
• Halbleiter: nicht allzu große Bandlücke (0.1 - 4eV)
• Nichtleiter: große Bandlücke (>4eV).

Silizium wäre demnach ein Halbleiter, jedoch kein Halbmetall. Trotzdem, als Chemiker bin ich gewohnt, den Begriff Halbmetall synonym zum Begriff Eigenhalbleiter zu verwenden, während der Begriff Halbleiter auch zusammengesetzte Halbleiter (zB GaAs) umfaßt. Umgekehrt würde ich eine Metalllegierung auch nicht als Metall bezeichnen (sondern nur ein reines Metall). -- Gérard 16:13, 8. Nov. 2007 (CET)

Archivierung dieses Abschnittes wurde gewünscht von: Lektor w (Diskussion) 06:30, 8. Sep. 2014 (CEST)