Halbleiter Die „np Junction“

Inhalt Aufbau der „np junction“ Strom und Feldstärken an der „np junction“ Polung und Leitfähigkeit

Elementarzelle eines Silizium Kristalls P Die vier Elektronen von Si bilden kovalente Bindungen zu ihren Nachbarn. „n-Dotierung:“ Einbau eines P-Atoms anstelle eines Si-Atoms bringt ein Elektron „zuviel“: Es ist im Gitter nicht lokalisiert

Halbleiter: Voll besetztes Valenz-Band, kleine Bandlücke Energie W M n-Dotierung: Die Energie des zusätzlichen Elektrons liegt nah am leeren Band: eine kleine Energiezufuhr macht leitfähig L

Elementarzelle eines Silizium Kristalls, p-Dotierung B Die vier Elektronen von Si bilden kovalente Bindungen zu ihren Nachbarn. „p-Dotierung:“ Einbau eines B-Atoms bringt ein Elektron „zuwenig“: Im Gitter entsteht eine Lücke, die Elektronen aufnehmen kann

Halbleiter: Voll besetztes Valenz-Band, kleine Bandlücke Energie W M p-Dotierung: Die Energie der Lücke liegt nah am besetzten Band: eine kleine Energiezufuhr macht leitfähig L

n und p leitende Halbleiter n leitend p leitend Beide Materialien sind elektrisch neutral und leitfähig, die beweglichen Ladungsträger sind im n-Leiter: Elektronen p-Leiter: Defektelektronen, „Löcher“

Berührungskontakt zwischen n und p leitenden Halbleitern n leitend p leitend Die Anzahl der beweglichen Ladungsträger in der Umgebung der Berührungsfläche, genannt „np junction“ , bestimmen die elektrischen Eigenschaften des zusammengesetzten Materials

Aufbau der Feldstärke an der np Junction n leitend p leitend Diffusion der Elektronen bzw. Löcher über die Kontaktfläche Die dabei entstehende elektrische Feldstärke hält die Ladungen zurück und beendet diesen Strom Durch Rekombination entsteht an der np junction eine etwa 0,1μm breite isolierende Schicht ohne bewegliche Ladungsträger

Polung in Flussrichtung: Positive Spannung am p Halbleiter Das angelegte elektrische Feld wirkt nur auf die beweglichen Ladungsträger des n- bzw. p-Bereichs n leitend p leitend + ─ Das angelegte Feld ist dem Feld an der junction entgegengesetzt, im n-Bereich werden Elektronen zur junction getrieben, im p-Bereich Defektelektronen Die isolierende Schicht ohne Ladungsträger wird dünner, ihr Widerstand nimmt ab

Stromfluss bei positiver Spannung am p leitenden Halbleiter n leitend p leitend + ─ Elektronen bzw. Löcher werden durch die angelegte Spannung über den schmalen, Ladungsträger freien Bereich der Kontaktfläche getrieben Bei dieser Polung fließt Strom: Betrieb des Bauelements in „Flussrichtung“

Polung in Sperr-Richtung: Negative Spannung am p Halbleiter n leitend p leitend ─ + Das angelegte Feld verstärkt das Feld an der junction, auf beiden Seiten werden Ladungsträger von der junction abgezogen Die Ladungsträger-freie, isolierende Schicht wird breiter, ihr Widerstand nimmt zu Polung in Sperr-Richtung

─ + Die „Diode“ Bauelemente dieser Art bezeichnet man als „Dioden“ Grundlegendes Bauelement der Halbleiterelktronik Bauelemente dieser Art bezeichnet man als „Dioden“ Zeichen in Schaltbildern: ─ + Vorzeichen für Polung in Flussrichtung Anode Kathode Strom- Spannungskennlinie „nichtlinear“ bzw. nicht „Ohmsch“

Aggregatzustand, Ladungsträger und elekt. Leitfähigkeit Vakuum Gas Flüssig Fest Elektronen Ionen Isolator Gut steuer-bar, z. B. in „Röh-ren“ Normal-druck Elektro-lytische Leitung Halb-leiter Metall Spon-taner Durch-bruch z. B. Blitz In Grenzen: Nach Ak-tivierung: Ohmsche Leitung, U=R.I

Zusammenfassung Bei Berührung des n- und p leitenden Bereichs beginnt an der np junction Diffusion der Ladungsträger über die Berührungsfläche Durch Rekombination entsteht ein isolierender Bereich um die np junction, die Dicke der isolierenden Schicht ist durch die angelegte Spannung steuerbar Polung in Flussrichtung: Anschluss einer positiven Spannung am p-Halbleiter Polung in Sperr-Richtung: Anschluss einer negativen Spannung am p-Halbleiter

Stromfluss bei positiver Spannung am p leitenden Halbleiter n leitend p leitend + ─