Best Of Elektornik
Best Of Elektornik

2. PN übergang

2.1 Aufbau

Bewegliche Teilchen sind grundsätzlich bestrebt, dichte Unterschiede auszugleichen => die Teilchen bewegen sich in Richtung dichte Abnahme.

In N Halbleitern gibt es wesentlich mehr bewegliche Elektronen als im P Halbleiter => Elektronen diffundieren (wandern) von N in den P Halbleiter.

PN übergang

Diagramm 1

ND bzw. NA sind in den dotierten Halbleiterbereichen konstant. In N- dotierten Halbleiter gilt zum Beispiel: n ~ ND Im Bereich des übergangs wandern freibewegliche Elektronen auf der P Seite ab. Die Kurve n(x) und p(x) sinken also auf Null.

Diagramm 2

Durch das Abwandern von beweglichen Ladungsträgern bleiben die unkompensierten Ladungen der Donatoren bzw. Akzeptoren zurück.
+ auf der N - Seite
- auf der P – Seite
Den gelben Bereich nenn man Raumladungszone (Färbige in der Skizze)

Diagramm 3

Wo es eine Ladung gibt dort gibt es auch eine elektrische Feldstärke Maximum ist fast immer direkt beim übergang.

Diagramm 4

Obwohl keine äußere Spannung angelegt wurde ist die Potentialdifferenz zwischen der N und der Seite größer Null. Typische Werte: Silizium Si: 0,6 – 0,7V, Germanium Ge: 0,3 – 0,4V
Wenn man versucht bei einer Diode Spannung zu messen wird man kein Ergebnis erhalten. Kontaktspannungen heben sich im geschlossenen Bereich auf.

2.2 Polung in Sperrrichtung

Sperrichtung

2.2.1 Kennzeichnung der Sperrrichtung

  • Plus Pol auf der N-Seite
  • Minus Pol auf der P-Seite

Die beweglichen Ladungsträger (Elektronen) werden von den Polen auseinander gezogen => die Raumladungszone wird breiter =>Dadurch ist die Raumladungszone angezogen => die Diode sperrt.

2.3 Polung in Durchlassrichtung

Durchlassrichtung

2.3.1 Kennzeichnung der Durchlassrichtung

  • Plus Pol auf der P-Seite
  • Minus Pol auf der N-Seite

2.3.2 Majoritäts- und Minoritätsträger

Majoritätsträger: Mehrheitsladungsträger zum Bsp. Elektronen am N- Halbleiter oder Löcher am P-Halbleiter

Minoritätsträger: Löcher auf der N Seite und Elektronen auf der P Seite
Die beweglichen Ladungsträger (Elektronen) werden von den Polen abgestoßen und auf die Raumladungszone zugedrängt => die Raumladungszone wird kleiner => PN übergang leitet.
Wenn UF ~ DU ist, wird die Raumladungszone völlig abgebaut und der PN übergang leitet gut

2.3.3 Diffusionszone

Bei Polung in Durchlassrichtung durchqueren Elektronen und Löcher die verkleinere Raumladungszone Auf der anderen Seite stauen sie sich bevor sie mit der dortigen Majoritätsträger rekombinieren. Diese Stauzone nennt man Diffusionszone (Diffusionskapazität)

2.4 Herstellung eines PN übergangs

P und N Material müssen ohne Trennschicht (Kleber) mit einander verbunden sein
=> PN übergänge werden aus EINEM Halbleiterstück hergestellt. Zuerst wird das ganze Halbleiterstück mit der niedrigeren Dotierung übersehen, danach überlagert man in einem Teil des Halbleiters diese mit einer höheren gänglichen Dotierung.

2.5 Arten der Dotierung

  • Diffusion:
    Der Siliziumkristall der dotiert werden soll wird auf größer 1300°C aufgeheizt, nun wird ein Gas über das Silizium geleitet welches die Dotierungsatome enthält (z.B.: PCl3 für Phosphordotierung => N- Dotierung) durch die hohe Temperatur können die Dotierungsatome durch das aufgelockerte Kristallgitter eindringen.
  • Ionenimplantation:
    Dabei werden die Dotierungsatome ionisiert und anschließend beschleunigt und auf dem Halbleiter geschossen (96000km/h).

Weitere Infos über Dioden finden Sie hier