Halbleitertechnologie von A bis Z

Ein Element besteht aus mehreren gleichen Atomen (das bedeutet, mit derselben Anzahl an Protonen = Kernladungszahl) und ist ein Stoff, der mit chemischen Mitteln nicht weiter zerlegt werden kann. Die Masse von Elementen wird nur durch die Anzahl von Protonen und Neutronen bestimmt, da die Elektronenmasse vernachlässigbar gering ist. Wasserstoff mit einem Proton und keinem Neutron hat die Massenzahl 1, das nächst schwerere Element, Helium, besitzt die Massenzahl 4 (2 Protonen + 2 Neutronen). Die Massenzahl gibt die Anzahl der Teilchen im Atomkern an. Multipliziert mit der atomaren Masseneinheit u = 1,660·10^-27 kg erhält man in etwa die Masse eines Atoms, für Helium 6,64·10^-27 kg.

Die chemischen Elemente werden meist mit den Anfangsbuchstaben ihrer lateinischen oder griechischen Namen benannt (Wasserstoff [H] von lat. hydrogenium, Lithium [Li] von gr. lithos).

Das Periodensystem der Elemente (kurz PSE) stellt alle chemischen Elemente mit steigender Protonenanzahl (Kernladung, Ordnungszahl) und entsprechend ihrer chemischen Eigenschaften eingeteilt in Perioden sowie Haupt- und Nebengruppen dar.

Die Periode gibt dabei die Anzahl der Elektronenschalen an, die Hauptgruppe die Anzahl der Elektronen auf der äußersten Schale (1 bis 8 Elektronen). Gruppe 1 und 2 sowie 13-18 bilden die Hauptgruppen, die Gruppen 3-12 die Nebengruppen.

Das erste Element mit einer Schale (Periode 1) und einem Außenelektron (Gruppe 1) ist Wasserstoff H. Das nächste Element, Helium He, besitzt wie Wasserstoff nur eine Elektronenschale und befindet sich somit ebenfalls in Periode 1. Da die erste Schale mit zwei Elektronen bereits vollständig gefüllt ist, steht Helium Nicht in Gruppe 2, sondern in Gruppe 18 (Gruppe der Edelgase).

Um weitere Elektronen aufnehmen zu können, muss eine neue Schale begonnen werden. Somit findet man Lithium in Gruppe 1, Periode 2 (zwei Elektronen auf der ersten Schale, ein Valenzelektron auf der zweiten Schale). Eine Schale kann maximal 2n² Elektronen aufnehmen, wobei n für die Periode steht.

Nachdem in Gruppe 1 und 2 die ersten beiden Valenzelektronen auf der äußersten Schale besetzt wurden, werden ab der vierten Periode zunächst weiter innenliegende Schalen mit Elektronen vervollständigt, bevor die jeweils äußerste Schale der Gruppen 13 bis 18 vollständig mit Elektronen aufgefüllt wird.

Das Periodensystem der Elemente

Bedeutende Elemente in der Halbleitertechnologie

Elemente, die sich links im Periodensystem befinden, sind Metalle. Diese haben das Bestreben, Valenzelektronen abzugeben um so eine stabile Elektronenkonfiguration (die Edelgaskonfiguration) zu erreichen. Rechts im Periodensystem stehen die Nichtmetalle, die zum Erreichen der Edelgaskonfiguration zusätzliche Elektronen aufnehmen. Dazwischen befinden sich die Halbmetalle wie Silicium und Germanium.