Anwendung der np junction: Wichtige Halbleiterbauelemente

Präsentation zum Thema: "Anwendung der np junction: Wichtige Halbleiterbauelemente"—  Präsentation transkript:

1 Anwendung der np junction: Wichtige Halbleiterbauelemente

2 Inhalt Photodiode Halbleiterzähler Leuchtdiode Peltier-Effekt

3 Die Photodiode

4 Photoeffekt an der np Junction
n leitend p leitend Energiezufuhr erzeugt Ladungsträger, indem sie vom Valenz- ins Leitungsband gehoben werden („Innerer Photoeffekt“) Die Ladungsträger werden von der Feldstärke an der np junction in die ihnen entsprechenden Bereiche gezogen

5 Stromfluss an der Photodiode
n leitend p leitend Der Stromfluss der Photodiode entspricht dem Strom an der np junction in Sperr-Richtung Anwendung: Solarzellen Hochreines Si vermeidet Rekombination der Ladungsträger auf ihrem Weg zur Anode bzw. Kathode durch Kollision mit „Störstellen“

6 Versuch Spannung an einer „Solarzelle“ bei Beleuchtung

7 Halbleiterzähler Verstärker

8 Stromfluss im Halbleiterzähler
n leitend p leitend ─ + Polung in Sperr-Richtung: Zunahme des Stroms in Sperrichtung (Abnahme des Widerstands) bei Ankunft eines Quants

9 Versuch Halbleiterzähler

10 Zusammenfassung Photodiode und Halbleiterzähler
Wird eine n-p junction mit sichtbarem Licht bestrahlt, dann erhöht sich die Anzahl der freien Ladungsträger, weil sie vom Valenz- ins Leitungsband gehoben werden „Innerer Photoeffekt“ - im Gegensatz zum äußeren mit Elektronen Abgabe ins Vakuum Das Feld in der Grenzschicht zieht Elektronen in das n-leitende Gebiet, die Löcher in das p-leitende Photostrom fließt in Sperr Richtung - das Element liefert eine der Intensität entsprechende Spannung Halbleiterzähler: Bei Anschluss einer Spannung in Sperr-Richtung bewirkt der Photoeffekt eine Zunahme des Stroms (Abnahme des Widerstands) bei Ankunft eines Quants

11 Versuch Leuchtdiode

12 Halbleiter als Leuchtdiode
Widerstand (~300 )

13 Leuchtdiode Spannung liegt in Flussrichtung
Elektronen wandern in die p-Schicht und rekombinieren mit den Löchern Bei manchen Halbleitern wird die dabei frei werdende Energie in Form von sichtbarem Licht abgestrahlt Strombegrenzung durch einen Widerstand in Reihe

14 Stromfluss in der Leuchtdiode
n leitend p leitend + ─ Die Leuchtdiode wird in Flussrichtung gepolt Bei der Rekombination von Elektronen und Defekelektronen wird Energie frei, dabei entsteht in manchen Halbleitern sichtbares Licht

15 Der Peltier-Effekt

16 Peltier-Effekt im Halbleiter
Elektronen, die in einer Diode aus dem Leitungsband in Flussrichtung fließen, rekombinieren mit den energetisch tiefer liegenden Defektelektronen des Valenzbands: Die Elektronen geben Energie an das Gitter ab, die Kontaktfläche erwärmt sich In Sperrrichtung umgekehrt: Die Elektronen nehmen Energie aus dem mechanischen Schwingungsspektrum (den Phononen) auf, der Kontakt kühlt sich ab Mit speziell dotierten Halbleitern (z. B. Selen dotiertes Wismut-Tellurid) werden Temperaturdifferenzen bis zu 50°C erreicht

17 Versuch Peltier Effekt

18 Zusammenfassung Photodiode und Peltier-Effekt
Stromfluss in Flussrichtung führt zur Rekombination der Ladungsträger in Nähe der np junction Die dabei freiwerdende Energie erscheint als Wärme und in Photodioden als Licht Die np junction erwärmt sich Bei Stromfluss in Sperrichtung nehmen Elektronen Energie aus dem „Wärmebad der Gitterschwingungen“ auf, np junction kühlt sich ab Anwendung im Peltier-Element Z. B. zur Kühlung in Kühltaschen für den Anschluss an die Steckdosen im Auto

19 Stromfluss in der Leuchtdiode
n leitend p leitend + ─ Die Leuchtdiode wird in Flussrichtung gepolt Bei der Rekombination von Elektronen und Defekelektronen wird Energie frei, dabei entsteht in manchen Halbleitern sichtbares Licht

20 Aggregatzustand, Ladungsträger und Leitfähigkeit
Gas Flüssig Fest Elektronen Ionen Isolator Spontaner Durchbuch, z. B. Blitz Elektro-lytische Leitung Metall Halbleiter In Grenzen: Nach Aktivierung: Ohmsche Leitung, U=R.I