Halbleiter Injektion der Diode

 


 

Einleitung

Befindet sich eine Diode in Flussrichtung, kommt es an der Grenze zwischen beiden Halbleitern zur sogenannten Injektion.
Wie aus den Grundlagen der Diode bekannt, wird zwischen 2 Betriebsarten unterschieden. Der Flussbetrieb und dem Sperrbetrieb.
Befindet sich die Diode im Flussbetrieb kommt es zur sogenannten Injektion.
Dabei handelt es sich um einen Effekt, welcher auf Halbleiterebene zustande kommt.

 

 

 

 



 

Grundlagen – Halbleiter in Flussrichtung

Bei der Flussrichtung wird an den N-Halbleiter das niedrigere Potential angeschlossen und an den P-Halbleiter wird das höhere Potential angeschlossen. Vereinfacht gesagt wird an den N-Halbleiter der -Pol und an den P-Halbleiter der +Pol angeschlossen.
Hierdurch werden Elektronen aus dem -Pol in den N-Halbleiter geleitet. Der N-Halbleiter wird also mit Elektronen geflutet. Der +Pol flutet den P-Halbleiter mit Löchern. Es fließen also die Ladungsträger in den Halbleiter.
Somit wird die RLZ von beiden Seiten mit Ladungsträgern geflutet.
Die Raumladungszone verkleinert sich. Sie wird abgebaut.

 
Insgesamt

Die Elektronen und Löcher rekombinieren in der RLZ. Durch die Pole der Quelle kommen neue Ladungsträger nach. Dieser Vorgang wiederholt sich und somit entsteht somit ein kontinuierlicher Stromfluss.

 



 

Ladungsträger

Interessant wird es dann, wenn man sich konkret anschaut wie sich die Ladungsträger an der Grenze – zwischen beiden Halbleitern – verhalten. Wenn man nun ganz genau an die Grenze zwischen N und P HL schaut, fällt auf das die Ladungsträger nicht immer exakt an der Grenze rekombinieren. Manche Ladungsträger gehen auch in das andere Gebiet über und rekombinieren dort. Man spricht hier von der sogenannten Injektion.

 



 

Ladungsträgerdichte

Klarer wird das Thema, wenn man sich die Ladungsträgerdichten anschaut. Namensgebend handelt es sich dabei um die Dichte der Ladungsträger, also die Anzahl der Ladungsträger pro Volumeneinheit.
Ladungsträgerdichte

 
Ladungsträgerdichte – Thermisches Gleichgewicht
Unten dargestellt befindet sich der PN-Übergang im Thermischen Gleichgewicht. Das bedeutet, von außen wird keine Spannung angelegt, sieht die Ladungsträgerdichte wie hier gezeigt aus.

In Blau ist die Dichte der Elektronen gezeichnet und in rot die Dichte der Löcher.
Weit im inneren der Halbleiter bzw. weit entfernt von der Grenze zwischen N und P Halbleiter ist folgendes zu erkennen:
Beim P-Halbleiter haben die Löcher vergleichsweise eine hohe Dichte. Sie sind hier die Majoritätsladungsträger. Die Elektronen hingegen eine niedrige Dichte. Sind sind im P-Halbleiter die Minoritätsladungsträger.
Beim N-Halbleiter haben hingegen die Elektronen eine hohe Dichte. Beim N-HL sind sie die Majoritätsladungsträger. Die Löcher sind die Minoritätsladungsträger und haben eine niedrige Dichte.
Bei der Grenze kommt es zum entsprechenden Übergang.

 
Ladungsträgerdichte – Flussrichtung
Befindet sich nun die Diode in Flussrichtung, ändern sich die Dichten. Gestrichelt ist die Ladungsträgerdichte im Thermischen Gleichgewicht, damit man einen Vergleich hat. Weit entfernt von der Grenze sind die Dichten dieselben. An der Grenze hingegen kommt es aber zur Veränderung.

 

 

Wie bereits erklärt, wird die RLZ von Ladungsträgern geflutet. Das bedeutet, die Dichte der Ladungsträger steigt hier an.
Jedoch ist auch zu sehen, dass sogar die Elektronen bis in den P-Halbleiter eindringen und die Löcher in den N-Halbleiter eindringen. Dabei handelt es sich dann um Minoritätsladungsträger und diese sind vergleichsweise hoch an der Grenze, da sie in das jeweilige Gebiet eindringen.
Dieser Effekt wird als Injektion bezeichnet.
Diese Minoritätsladungsträger kommen zwar nicht sonderlich weit, da sie schnell rekombinieren, allerdings werden sie dennoch in das jeweils andere Gebiet injiziert.

 

Hochinjektion

Bei der Injektion werden zwei Arten unterschieden. Die sogenannte schwache Injektion und die starke Injektion – auch Hochinjektion genannt.
Abhängig ist die Art von der Dotierkonzentration bzw. konkreter vom Dotierkonzentrationsgradienten beider dotierter Halbleiter. Also vom Unterschied der beiden Dotierkonzentrationen.
Sind beide Halbleiter ungefähr gleich stark dotiert kommt es nur zu einer schwachen Injektion. Sind allerdings beide Halbleiter stark unterschiedlich dotiert, kommt es zu einer Hochinjektion.
In dem folgendem Beitrag ist die Hochinjektion ausführlich erklärt.
Hochinjektion

Schwache Injektion

Hochinjektion