Bändermodell der Diode
Einleitung
Wie bereits bekannt, besteht der PN-Übergang aus einem P-Dotierten und einem N-Dotierten Halbleiter. Beide werden zusammengefügt und bilden einen sogenannten PN-Übergang.
In der Theorie der Halbleiter-Technik wird oft das sogenannte Bändermodell verwendet, um die Effekte im Halbleiter verständlicher zu erklären.
⇨ Was ist genau ein Bändermodell?
Speziell zum Bändermodell des PN-Übergangs besteht bereits ein Beitrag, in welchem dieses Thema ausführlich erklärt wird.
⇨ Bändermodell PN-Übergang
Darauf aufbauend beschäftigt sich dieser Beitrag mit dem Bändermodell des PN-Übergangs, wenn an diesen eine Spannung angelegt wird.
Der PN-Übergang findet in der Diode Anwendung. Wird an die Diode Spannung angelegt, verändert sich auch das Bändermodell. Damit beschäftigt sich dieser Beitrag.
Bändermodell PN-Übergang
Das Bändermodell von P- und N-Dotierten Halbleitern unterscheidet sich in der Position der Fermi-Niveaus.
⇨ Bändermodell des dotierten Halbleiter
Werden nun beide dotierte Halbleiter verbunden, entsteht ein sogenannter PN-Übergang. Im Bändermodell gleicht sich das Fermi-Niveau auf ein konstantes Level an.
⇨ Bändermodell des PN-Übergang
Bändermodell mit angelegter Spannung
Wird nun eine Spannung an einen Halbleiter gelegt, verändert sich das Bändermodell. Das Bändermodell ist zurück zu führen auf die potentielle Energie der Elektronen. Genaueres:
⇨ Bändermodell – Was ist das?
Deshalb ist klar, wenn das Potential eines Halbleiters verändert wird, verschiebt sich das Bändermodell nach oben oder nach unten.
Bändermodell der Diode in Flussrichtung
Wird nun eine Spannung an die Diode gelegt, verändert sich das Bändermodell ebenfalls. Damit die Diode in Flussrichtung ist, wird an den P-dotierten Halbleiter ein positives Potential angelegt und an den N-dotierten Halbleiter wird ein negatives Potential angelegt.
Im Bändermodell sinken hierdurch die Bänder des P-dotierten Halbleiters ab und die Bänder des N-dotierten Halbleiters steigen an. Hierdurch ist auch erkennbar, wie die Barriere zwischen N- und P-dotiertem Halbleiter – die Diffusionsspannung – absinkt.
Später im Beitrag ist auch der damit verbundene Stromfluss in der Diode gezeigt.
Elektronen
Damit es in der Diode zum Stromfluss kommt, müssen Elektronen vom N-dotierten Halbleiter zum P-dotierten Halbleiter fließen.
Konkret bedeutet das, dass Elektronen, welche sich im Leitungsband befinden, sich in das Leitungsband des P-dotierten Halbleiters bewegen müssen.
Man kann sich die Elektronen im Bändermodell wie Wasser vorstellen.
Befindet sich die Diode in Flussrichtung, ist die Barriere nicht mehr vorhanden. Die Elektronen können einfach zum P-dotierten Bereich fließen.
Löcher
Der Stromfluss aus Sicht der Löcher besteht, wenn sich diese aus dem Valenzband des P-dotierten Halbleiters zum Valenzband des N-dotierten Halbleiters bewegt.
Die Löcher kann man sich wie Luftblasen vorstellen, welche immer weiter nach oben steigen möchten.
Auch hier gilt: Befindet sich die Diode in Flussrichtung, verschwindet die Barriere. Die Löcher bzw. Luftblasen können sich zum N-dotierten Bereich bewegen.
Bändermodell der Diode in Sperrrichtung
Befindet sich die Diode in Sperrrichtung verändert sich das Bändermodell ebenfalls. Damit die Diode in Sperrrichtung ist, wird an den P-dotierten Halbleiter ein negatives Potential angelegt und an den N-dotierten Halbleiter wird ein positives Potential angelegt.
Im Bändermodell steigen hierdurch die Bänder des P-dotierten Halbleiters an und die Bänder des N-dotierten Halbleiters sinken ab. Hierdurch ist auch erkennbar, wie die Barriere zwischen P- und N-dotiertem Halbleiter weiter ansteigt.
Später wird im Beitrag auch der damit verhinderte Stromfluss durch die Diode gezeigt.
Elektronen
Wie bereits erklärt, kommt es bei der Diode zum Stromfluss, wenn die Elektronen vom N-dotierten Halbleiter zum P-dotierten Halbleiter fließen.
Dabei verhalten sich die Elektronen wie Wasser. Diese können also nicht hochfließen.
Ist die Diode in Sperrrichtung, können die Elektronen nicht über die Barriere fließen und gelangen so nicht zum P-dotierten Halbleiter.
Es kommt also nicht zum Elektronenfluss / Stromfluss.
Löcher
Der Stromfluss aus Sicht der Löcher besteht, wenn sich diese aus dem Valenzband des P-dotierten Halbleiters zum Valenzband des N-dotierten Halbleiters bewegt.
Die Löcher kann man sich wie Luftblasen vorstellen, welche immer weiter nach oben steigen möchten.
Auch hier gilt: Befindet sich die Diode in Sperrrichtung, können sich die Löcher bzw. Luftblasen nicht zum N-dotierten Bereich bewegen. Die Barriere verhindert dies.
