Halbleiter Die „np Junction“

1. Halbleiter Die „np Junction“

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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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“

8. 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

9. 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 Schichtohne bewegliche Ladungsträger

10. ─ + 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 werdenElektronen zur junction getrieben, im p-Bereich Defektelektronen • Die isolierende Schicht ohne Ladungsträger wird dünner, ihr Widerstand nimmt ab

11. ─ + 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“

12. + ─ 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

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

14. Aggregatzustand, Ladungsträger und elekt.Leitfähigkeit

15. 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

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