Halbleiter
Einleitung
Bei der Diode handelt es sich genau betrachtet um einen einfachen PN-Übergang. In diesem Artikel soll nun konkret das Verhalten im Halbleiter bzw. PN-Übergang beobachtet und erklärt werden.
Aufbau
Kurzgesagt besteht die Diode aus einem PN-Übergang. Konkret bedeutet, dass das ein P-Dotierter Halbleiter mit einem N-Dotierten Halbleiter zusammengefügt werden.
Es wird also in 2 Bereiche unterteilt: Den P-Dotierten Bereich und N-Dotierten Bereich.
Der P-Dotierte Bereich besteht aus: Festen negativen Ionen und frei beweglichen positiven Löcher
Der N-Dotierte Bereich besteht aus: Festen positiven Ionen und frei beweglichen Elektronen
Vorgang beim PN-Übergang
Werden beim PN-Übergang beide Dotierte Bereiche Zusammengefügt entsteht auf Elektronen und Ionen Ebene ein bestimmter Vorgang, welcher im Folgenden näher beschrieben wird.
An der Grenze zwischen N und P Dotiertem Bereich passiert nun eine interessante Gegebenheit.
Die frei beweglichen Elektronen der N-Dotierten Bereichs und die frei beweglichen Löcher der P-Dotierten Bereichs ziehen sich an und neutralisieren sich gegenseitig.
Diesen Vorgang nennt man Rekombination.
Konkret bedeutet, dass, das die freien Elektronen und Löcher an der Grenze verschwinden.
Dadurch bleiben an der Grenze die festen positiven und negativen Ionen übrig. Das wiederum hat zur Folge das an der Grenze der N-Dotierte Bereich positiv ist und der P-Dotierte Bereich negativ ist.
Dabei wird nun in 3 Bereiche unterteilt. Einmal an der Grenze die sogenannte Raumladungszone und zwei sogenannte neutrale Regionen
Im Folgenden soll nun an die Diode, an den PN-Übergang eine Spannung angelegt werden. Wen nun aber noch detaillierter der PN-Übergang interessiert kann sich gerne den Artikel zum PN-Übergang anschauen:
-> PN-Übergang
Quelle
Schließt man eine Spannungsquelle an einen PN-Übergang bzw. an eine Diode an, kann es zwei verschiedene Möglichkeiten geben:
(Technische Stromrichtung)
Entweder in Sperrrichtung: +Pol an P-Dotierter Bereich und -Pol an N-Dotierter Bereich
Oder in Flussrichtung: +Pol an N-Dotierter Bereich und -Pol an P-Dotierter Bereich.
Zusammengefasst kann in Sperrrichtung kein Strom durch die Diode fließen und im Gegensatz dazu kann in Flussrichtung ein Strom hindurch fließen.
Warum das so ist soll im Folgenden näher betrachtet werden.
Sperrrichtung
Bei der Sperrrichtung wird an den N-Dotierten Bereich der Plus Pol der Spannungsquelle angeschlossen und an den P-Dotieren Bereich der Minus-Pol.
Dadurch werden die freien Löcher des P-Dotieren Bereichs, von der Grenze weg, zum Minus-Pol der Quelle gezogen.
Beim N-Dotierten Bereichs werden entsprechend die Elektronen, von der Grenze weg, zum Plus-Pol der Quelle hingezogen.
Ergebnis
Durch diesen Vorgang wird die Raumladungszone vergrößert.
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.
