Debysche Abschirmlänge

Die Debyschen Abschirmlänge beschreibt bei Halbleitern und Metallen die typische Länge, auf der eine Störung in der Dichte der (Majoritäts)ladungsträger abklingt. Denkt man sich z.B. in einem "See" von Elektronen (also überall konstante Dichte) eine ortsfeste positive Ladung eingeführt, werden duch diese positive Ladung Elektronen angezogen; es erhöht sich lokal die Elektronendichte. Diese zusätzliche Elektronen schirmen aber die pos. Ladung ab; das Feld der pos. Ladung ist nach einer (für das Material) charakteristichen Länge, eben der Debye Länge, nicht mehr zu spüren. Dies gilt für jede das Gleichgewicht störende Ladung; auch auf Flächen des Kristalls.
An Ober- und Grenzflächen kommt es durch das Kontaktpotential der beiden Seiten zu einem kurzzeitigen Ladungsträgeraustausch und dadurch zu gegensätzlichen Oberflächen- oder Grenzflächenladungen. Das elektrische Feld zwischen diesen Ladungen erstreckt sich dabei in eine Tiefe, die bei vielen Kontakten der Debyschen Abschirmlänge entspricht. Besteht der Kontakt zwischen zwei Materialien, die viele und gut bewegliche Ladungsträger besitzen (z.B. Metalle), erfolgt die Abschirmung auf sehr kurzen Distanzen; die Debyelänge liegt im nm Bereich.
Bei Kontakten mit Halbleitern kann ein weiterer Effekt auftreten. Ein anschauliches Beispiel bietet der Metall-Halbleiter-Kontakt. Beim sogenannten Schottky-Kontakt, also einem gleichrichtenden Halbleiter - Metall Kontakt, liegen die Fermi-Niveaus zwischen Halbleiter und Metall relativ so zueinander, daß sich ein Kontaktpotential ausbildet, das bewegliche Ladungsträger (Majoritäten) im Halbleiter abstößt. Die Gegenladungen im Halbleiter werden in diesem Fall durch die unbeweglichen Ladungen der Dotieratome gestellt, die sich nicht an der Grenzfläche anreichern können. Aufgrund der gegenüber Metallen kleinen Ladungsträgerdichten wird die Debyeläge sehr groß - im Bereich µm - und hat eine eigenen Namen: sie heißt Raumladungszone.

Liegt das Fermi-Niveau des Halbleiters zum Metall relativ so, daß es zu einem ohmschen Kontakt kommt, werden die Majoritäten zur Grenzfläche gezogen. Die Debylänge ist jertzt wieder viel kleiner, da die Majoritätsladungsträger zwar dieselbe Dichte wie die Dotieratome haben, aber beweglich sind und sich an der Grenzfläche anreichern können.

Bei Kontakten mit Ionenleitern oder bei geladenen atomaren Fehlstellen, können alle Varianten auftreten. Bie tiefen Temperaturen, wenn Konzentrationen und Beweglichkeiten sehr klein sind, kann die Debyelänge im mm - Bereich liegen, wenn einige gut bewegliche Ionen ode geladene Defkte vorhanden sind, mag sie auf wenige nm sinken.