Halbleiterphysik für Einsteiger – theoretische Grundlagen

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  • Physik
  • Sekundarstufe I
  • 2 Unterrichtsstunden
  • Arbeitsblatt, Didaktik/Methodik, Ablaufplan
  • 2 Arbeitsmaterialien

Die Unterrichtseinheit "Halbleiterphysik für Einsteiger" macht die Schülerinnen und Schüler mit einer Technologie bekannt, die aus unserem Alltagsleben nicht mehr wegzudenken ist. Die theoretischen Grundlagen beruhen auf der Erkenntnis, dass es neben Leitern und Nichtleitern auch Materialien gibt, die unter bestimmten Voraussetzungen zum Leiter werden können – die so bezeichneten Halbleiter. Am Beispiel des strukturellen Atomaufbaus von Silizium sehen die Lernenden zunächst, welche Voraussetzungen ein Stoff besitzen muss, um zum Halbleiter werden zu können. Zudem werden die Lernenden an die Möglichkeiten der Beimischung bestimmter anderer Stoffe (Dotierung) herangeführt, was völlig neue Möglichkeiten für kontaktlose elektrische Schaltungen eröffnet.

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Halbleitertechnologie ist die Voraussetzung für viele technische Anwendungen – von der Solarzelle über LEDs bis hin zu Transistoren. Ohne Halbleiter wäre die immer wichtiger werdende Digitalisierung nicht denkbar. Anhand von aussagekräftigen Abbildungen oder Animationen werden die theoretischen Grundlagen besprochen: Bei tiefen Temperaturen sind Halbleiter Isolatoren – erst durch Energiezufuhr (zum Beispiel Erwärmung) lassen sich Elektronen aus ihren Paarbindungen lösen, so dass Leitungselektronen und Löcher entstehen. Legt man dann eine äußere Spannung an, beginnen die Elektronen zu wandern. Mit Abbildungen und/oder Animationen werden die Lernenden mit Begriffen wie Elektronenstrom, Löcherstrom und Eigenleitung bekannt gemacht.

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Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • kennen die Besonderheiten von Halbleitern im Gegensatz zu Leitern beziehungsweise Nichtleitern.   
  • wissen um die Bedeutung von Fremdatomen beim Dotieren von Halbleitermaterialien.
  • beschreiben und erläutern die Wirkungsweise einer Halbleiterdiode.

Medienkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet.
  • überprüfen die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit und ordnen sie ein.

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team.
  • setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschülern auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen.
  • erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern, Freunden etc. wertfrei diskutieren zu können.
Autor
Portrait von Wolfgang Vogg Wolfgang Vogg

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