Ein Halbmetall ist ein Material mit einer geringen Überlappung der Energie des Leitungsbandes und der Valenzbänder.

Das untere Ende des Leitungsbandes befindet sich jedoch typischerweise in einem anderen Teil des Impulsraums (bei einem anderen k-Vektor) als das obere Ende des Valenzbandes. Man könnte sagen, dass ein Halbmetall ein Halbleiter mit einer negativen indirekten Bandlücke ist. Schematisch zeigt die Figur

A) einen Halbleiter mit einem direkten Spalt (wie z.B. CuInSe2), B) ein Halbleiter mit einem indirekten Spalt (wie Si) und C) ein Halbmetall (wie Sn oder Graphit). Die Abbildung ist schematisch und zeigt nur das energiereichste Leitungsband und das energiereichste Valenzband in einer Dimension des Impulsraums (oder k-Raums). In typischen Festkörpern ist der k-Raum dreidimensional und es gibt unendlich viele Bänder.Im Gegensatz zu einem normalen Metall haben Halbmetalle Ladungsträger beider Typen (Löcher und Elektronen), typischerweise in geringerer Anzahl als ein echtes Metall. Die elektrischen Eigenschaften von Halbmetallen liegen teilweise zwischen denen von Metallen und Halbleitern. Die klassischen halbmetallischen Elemente sind Arsen, Antimon und Wismut. Diese werden auch als Metalloide betrachtet, aber die Konzepte sind nicht synonym. Halbmetalle können im Gegensatz zu Metalloiden auch Verbindungen wie HgTe sein, und Zinn und Graphit werden typischerweise nicht als Metalloide betrachtet.Graphit und hexagonales Bornitrid (BN) sind ein interessanter Vergleich. Die Materialien haben im Wesentlichen den gleichen Schichtaufbau und sind isoelektronisch. Allerdings ist BN ein weißer Halbleiter und Graphit ein schwarzes Halbmetall, weil in einem Fall die Bandlücke positiv ist (wie Fall B in der Abbildung) im anderen negativ (siehe C).

Da Halbmetalle weniger Ladungsträger aufweisen als Metalle, weisen sie typischerweise geringere elektrische und thermische Leitfähigkeiten auf. Sie haben auch kleine effektive Massen für Löcher und Elektronen, weil die Überlappung in der Energie normalerweise das Ergebnis der Tatsache ist, dass beide Energiebänder breit sind. Darüber hinaus zeigen sie typischerweise hohe diamagnetische Suszeptibilitäten und hohe Gitterdielektrizitätskonstanten.

1. ^ Burns, Gerald (1985). Festkörperphysik. Academic Press, Inc., 339-40. ISBN 0-12-146070-3. ^ Wang, Yang; N. Mansour, A. Salem, K.F. Brennan und P.P. Ruden (1992). „Theoretische Untersuchung eines potentiellen rauscharmen halbmetallbasierten Avalanche-Photodetektors“. IEEE Journal für Quantenelektronik 28 (2): 507-513. doi:10.1109/3.123280. Abgerufen am 2006-06-08.

Siehe auch

• Metall
• Metalloid
• Halbleiter
• Festkörperphysik