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Hallo,

ich versuche gerade die Halbleiterbauelemente näher zu verstehen und haben mir folgendes zu den dioden erstmal durchgelesen: https://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0201113.htm

Etwas Allgemeines:
Also es gibt hier erstmal ein n-Element und ein p-Element.
Das n-Element hat als Majoritätsträger Elektronen und das p-Element als Majoritätsträger Löcher.

Aber warum ist ein reines p-Element bzw. n-Element nicht möglich?

Wenn nun ein n-Element und ein p-Element zusammenbringt, dann diffundieren die Löcher und Elektronen durch Wärmebewegung. --> Ausgleichsbestreben
Also am Ende sind gleich Viele Elektronen in p-Element, sowie im n-Element und gleich viele Löcher im p-Element, sowie im n-Element?
Stimmt das so?

Zu den Dioden("" sind Zitate aus meinem Skriptum):
"Wenn man die Diode in Durchlassrichtung betreibt(also Spannung so anlegen, dass es durchlässt), dann wir die innere Potentialschwelle mit steigender Spannung zunehmend abgebaut."

Was ist eine 'innere Potentialschwelle'? 1. Was versteht man unter Pot.schwelle und 2. was bedeutet 'innere' in dem Kontext?

"Dadurch können Elektronen der n-Seite und Löcher auf der p-Seite auf die andere Seite diffundieren"
Oben habe ich ja geschrieben, wenn man n-Element und p-Element zusammenbringt, dann diffundieren die Löcher bzw. Elektronen hier, durch Wärmebewegung.
Und Wärme entsteht eben, wenn man eine Spannung anlegt, richtig?

Zitat aus dem oben geposteten Link: "Die Anode der Diode muss in Durchlassrichtung nur um die Schwellspannung positiver sein als die Kathode. Die Schwellspannung ist also als Potential zu sehen."
Die Schwellenspannung ist doch jene Spannung, wo der Durchlassstrom rapide ansteigt. Also ab dieser Schwellspannung beginnt die Diode zum leiten. Aber was sagt dann dieser Satz genau aus? Die Anode muss mehr Elektronen haben wie die Kathode? Oder was will der Satz mir sagen?

Ich hoffe ihr könnt mir bis dahin erstmal weiterhelfen! Danke!

mfg

Kaspersky

» Aber warum ist ein reines p-Element bzw. n-Element nicht möglich?

Ist möglich, wird gemacht.


» Wenn nun ein n-Element und ein p-Element zusammenbringt, dann diffundieren
» die Löcher und Elektronen durch Wärmebewegung. --> Ausgleichsbestreben
» Also am Ende sind gleich Viele Elektronen in p-Element, sowie im n-Element
» und gleich viele Löcher im p-Element, sowie im n-Element?
» Stimmt das so?

Nein, es gibt einfach eine schmale nahezu nichtleitende Zone.


» Was versteht man unter Pot.schwelle

Sagt dir Valenz- und Leitungsband etwas?



» Und Wärme entsteht eben, wenn man eine Spannung anlegt, richtig?

Nein.

»
» Nein, es gibt einfach eine schmale nahezu nichtleitende Zone.
»
Und wo ist diese nichtleitende Zone? Wie sieht das Zeichnungsmäßig aus? Soll diese zwischen dem Valenzband und Leitungsband sein im Bändermodell?
Warum ist diese da?

» Sagt dir Valenz- und Leitungsband etwas?
»
Ja schon und habe mir direkt folgendes durchgelesen: http://www.halbleiter.org/grundlagen/leiter/

Aber ich verstehs nicht.

Z.b. wie entsteht ein p-Element und ein n-Element?

Also laut: http://www.halbleiter.org/grundlagen/dotieren/

Man hat erstmal einen Siliziumkristall, da sind ja viele Atome drinnen, ein Atom wird von 4 Elektronen umkreist. Und um jetzt daraus ein n-Element zu amchen nimmt man z.b. ein 5-wertiges Atom(z.b. Arsen) und gibt es in den Kristall hinein? Wie viele Atome nimmt man da? Und hier bleibt nun immer ein freies Elektron übrig.

Beim p-Element geht das mit 3-wertigen Atomen, hier gibt 3 Elektronen und ein Loch. Wenn man den Akzeptor nun einbaut, dann wandern Löcher hin und her.

Wie viele Donatoren und Akzeptoren baut man da jetzt ein, um ein n-Element bzw. p-Element zu bekommen?


»
» » Und Wärme entsteht eben, wenn man eine Spannung anlegt, richtig?
»
Also wenn Wärme da ist, dann fangen die Elektronen an zu fließen, dass sagt ja auch der Text. Was bringt dann die Spannung dazu?

» Und wo ist diese nichtleitende Zone?

Zwischen dem n- und dem p-dotierten Bereich.


» Warum ist diese da?

"Elektron fällt in Loch"



» Man hat erstmal einen Siliziumkristall, da sind ja viele Atome drinnen, ein
» Atom wird von 4 Elektronen umkreist.

Nein, 14 Elektronen, und umkreisen ist eine schlechte weil falsche Vorstellung.

10 der Elektronen sind so fest an den Kern gebunden, dass sie hier keine Rolle spielen, die anderen vier können Bindungen zu Nachbaratomen eingehen, oder abgespalten werden.



» Also wenn Wärme da ist, dann fangen die Elektronen an zu fließen, dass sagt
» ja auch der Text.

Das ist didaktisch ziemlich schlecht.

» Hallo,
»
» ich versuche gerade die Halbleiterbauelemente näher zu verstehen und haben
» mir folgendes zu den dioden erstmal durchgelesen:
» https://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0201113.htm
»
» Etwas Allgemeines:
» Also es gibt hier erstmal ein n-Element und ein p-Element.
» Das n-Element hat als Majoritätsträger Elektronen und das p-Element als
» Majoritätsträger Löcher.
»
» Aber warum ist ein reines p-Element bzw. n-Element nicht möglich?
»
» Wenn nun ein n-Element und ein p-Element zusammenbringt, dann diffundieren
» die Löcher und Elektronen durch Wärmebewegung. --> Ausgleichsbestreben
» Also am Ende sind gleich Viele Elektronen in p-Element, sowie im n-Element
» und gleich viele Löcher im p-Element, sowie im n-Element?
» Stimmt das so?

Was hast Du mit der Wärmebewegung?

Vielleicht wäre das hier wichtig zu lesen:
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0112072.htm


» Zu den Dioden("" sind Zitate aus meinem Skriptum):
» "Wenn man die Diode in Durchlassrichtung betreibt(also Spannung so anlegen,
» dass es durchlässt), dann wir die innere Potentialschwelle mit steigender
» Spannung zunehmend abgebaut."
»
» Was ist eine 'innere Potentialschwelle'?

Damit ist die Schwellspannung gemeint. Die Schwellspannung (ungefähr Diffusionsspannung) ist der wichtigste Nennwert einer Diode. Die Schwellspannung gibt an, ab welcher Spannung eine Halbleiterdiode in Durchlassrichtung leitend wird.

» 1. Was versteht man unter
» Pot.schwelle und

Das sind die 0,7 V bei Siliziumdioden.


» 2. was bedeutet 'innere' in dem Kontext?

pn-Übergang


» "Dadurch können Elektronen der n-Seite und Löcher auf der p-Seite auf die
» andere Seite diffundieren"
» Oben habe ich ja geschrieben, wenn man n-Element und p-Element
» zusammenbringt, dann diffundieren die Löcher bzw. Elektronen hier, durch
» Wärmebewegung.
» Und Wärme entsteht eben, wenn man eine Spannung anlegt, richtig?

Wo hast Du denn das mit der Wärmebewegung her?


» Zitat aus dem oben geposteten Link: "Die Anode der Diode muss in
» Durchlassrichtung nur um die Schwellspannung positiver sein als die
» Kathode. Die Schwellspannung ist also als Potential zu sehen."
» Die Schwellenspannung ist doch jene Spannung, wo der Durchlassstrom rapide
» ansteigt. Also ab dieser Schwellspannung beginnt die Diode zum leiten. Aber
» was sagt dann dieser Satz genau aus? Die Anode muss mehr Elektronen haben
» wie die Kathode? Oder was will der Satz mir sagen?

Zwischen Anode und Kathode muss ein Potentialunterschied von 0,7 V (bei Siliziumdioden) liegen.

Die Anode muss um ca. 0,7 V positiver sein als die Kathode, damit die Diode leitend wird.

--
Gruß von Patrick

https://www.elektronik-kompendium.de/

» Was hast Du mit der Wärmebewegung?
»
» Vielleicht wäre das hier wichtig zu lesen:
» https://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0112072.htm
Danke, der Link ist gut. Ich habe ihn mir durchgelesen.


» » Was ist eine 'innere Potentialschwelle'?

» Damit ist die Schwellspannung gemeint. Die Schwellspannung (ungefähr
» Diffusionsspannung) ist der wichtigste Nennwert einer Diode. Die
» Schwellspannung gibt an, ab welcher Spannung eine Halbleiterdiode in
» Durchlassrichtung leitend wird.

» » 1. Was versteht man unter
» » Pot.schwelle und
»
» Das sind die 0,7 V bei Siliziumdioden.


» » 2. was bedeutet 'innere' in dem Kontext?
»
» pn-Übergang
»

Da steht ja dass diese innere Potentialschwelle abgebaut wird, d.h. für mich, dass doch diese Sperrschicht weg ist, oder? Aber es heißt auch, dass ab 0,7V Durchlassspannung die Diode leitet. Was hat nun 0,7V Durchlassspannung mit 0,7V Schwellenspannung bzw. Diff.-Spannung zu tun?

Wenn man n- und p-Element zusammenfügt, entsteht dann eine 0,7V breite Sperrschicht, oder wie sieht das aus?

» Wo hast Du denn das mit der Wärmebewegung her?

Das die Löcher bzw. Elektronen, durch Wärmebewegung auf die jweils andere Seite diffundiern habe ich aus meinen Skrikptum. "Wärme entsteht druch Spannung", dass habe ich mir "ausgedacht", was ja falsch ist, da die Elektronen bzw. Löcher schon bei Zimmertemp. diffundieren, also einen Ausgleich anstreben richtig?
Die zusätzliche Spannung vergrößert bzw. verkleinert ja die Sperrschicht(abhängig davon die Diode anschließt) richtig?

»
» Zwischen Anode und Kathode muss ein Potentialunterschied von 0,7 V (bei
» Siliziumdioden) liegen.
»
» Die Anode muss um ca. 0,7 V positiver sein als die Kathode, damit die Diode
» leitend wird.

Was heißt positiver? Liegt eine Spannung an der Anode und eien Spannung an der Kathode an? Und die Differenz ist der Potentialunterschied? Und die Spannung an der Anode muss max. um 0,7V positiver sein, sodass die diode leitet in Durchlassbetrieb, denn im Sperrbetrieb wird ja diese "Sperrschicht" vergrößert, da Löcher und Elektronen nach außen gezogen werden --> Sperrschicht wird größer.

Aber wie misst man diese Spannung? Kathode gegen Masse und Anode gegen Masse? Ich verstehe nicht wie eine Spannung an einem Punkt anliegen kann. Wie soll ich mir das vorstellen?


Nochmals allgemeine Fragen zum "pn-Übergang hier auf EK":
Also man hat p-leitendes Material und n-leitendes Material. Wenn man diese zusammenfügt, dann entsteht eine Sperrschicht zwischen den beiden. Naja dieser entstehende "Bauteil" ist eine Diode.

Sagen wir, wir haben einen Siliziumkristall:

p-Material: Hier braucht man ein 5wertiges Atom(z.b. Aluminium --> 3wertiges Atom). Alumium fügt man dem Silizumkristall hinzu.
n-Material: Hier macht man dasselbe wie beim p-Material, nur mit Arsen(5wertiges Atom --> 5 Elektronen).
Silizium hat ja 4 Außenelektrone und Arsen 5, wie schon gesagt. Was geschieht denn hier genau beim zusammenfügen von Silizum und einem 5wertigen Arsenatom? Ist das nur ein Atom, oder mehrere?

Wir haben nun eine Diode. Nur durch Einwirkung von z.b. Wärmung wandern die Elektronen(die naher der Sperrschicht sind) über die Sperrschicht zur p-Zone und die Löcher in die n-Zone. Dieses Wander nennt man "Ladungsträgerdiffusion".

Alles richtig verstanden(abgesehen von den Fragen)?


"In der Detailbetrachtung wandert das freie Elektron des Phosphoratoms über die Grenze in die p-Schicht und geht dort mit dem Aluminiumatom eine Bindung ein. Das Phosphoratom verliert ein Elektron und ist nun ein positiv geladenes Ion."

Hmm, aber was mir gerade auffällt: So ein Loch "wandert" ja nur, wenn ein Elektron sich von einem Atom löst --> "Paarbildung". Dann gibt es ein Loch, das ja da bleibt, wie kommt es dann auf in die n-Zone?

"Durch die Ladungsträgerdiffusion ist ein Ionengitter entstanden. Es ist eine an freien Ladungsträgern verarmte Sperrschicht und wird auch Raumladungszone genannt."
Und durch dieses Wandern entsteht dann eine sog. RLZ? Ist das einfach so?

"In dieser Schicht herrscht ein starkes elektrisches Feld, das weitere Elektronenwanderungen verhindert. Die Ladungsträgerdiffusion ist dann beendet, wenn das elektrische Feld groß genug ist, um der Kraftwirkung der Wärmeschwingungen entgegen zu wirken."
Wenn die RLZ 0,7V hat? (nur durch Wärmebewegung)

"Je höher die Temperatur, desto breiter ist die Raumladungszone, desto höher wird das elektrische Feld."
Dieser Satz wiederlegt doch den Satz, den ich eins drüber gepostet habe, denn dieser Satz sagt doch aus, dass die RLZ immer größer wird bei Temp.anstieg, somit hört Ladungsdiff. nie auf, wenn sich Temp. ändert.

Oder meinte der obere Satz folgendes: Die Ladungsdiff. hört auf wenn sie bei X°C ein so starkes elektr. Feld erzeugt hat, dass der Wärme entgegenwirken kann?

» Da steht ja dass diese innere Potentialschwelle abgebaut wird, d.h. für
» mich, dass doch diese Sperrschicht weg ist, oder? Aber es heißt auch, dass
» ab 0,7V Durchlassspannung die Diode leitet. Was hat nun 0,7V
» Durchlassspannung mit 0,7V Schwellenspannung bzw. Diff.-Spannung zu tun?
Die Begriffe sind synonym.

» Wenn man n- und p-Element zusammenfügt, entsteht dann eine 0,7V breite
» Sperrschicht, oder wie sieht das aus?
Ist abhängig vom Material und Dotierung. Und letztendlich auch vom fließenden Strom, wenn das Bauteil fertig ist.

» Was heißt positiver?
Mehr eben.

» Liegt eine Spannung an der Anode und eien Spannung an
» der Kathode an? Und die Differenz ist der Potentialunterschied?
Im Prinzip. Genau genommen liegt ein Potential an Anode und Kathode an. Der Potentialunterschied ist dann die Spannung.

» Aber wie misst man diese Spannung? Kathode gegen Masse und Anode gegen
» Masse?
Kann man, wenn man sich danach die Potentialdifferenz selbst berechnen möchte.
Du kannst natürlich den Spannungsabfall an der Anoden-Kathoden Strecke auch direkt messen.

» Ich verstehe nicht wie eine Spannung an einem Punkt anliegen kann.
» Wie soll ich mir das vorstellen?
Macht sie ja auch nicht, wie schon erwähnt.

» » Liegt eine Spannung an der Anode und eien Spannung an
» » der Kathode an? Und die Differenz ist der Potentialunterschied?
» Im Prinzip. Genau genommen liegt ein Potential an Anode und Kathode an. Der
» Potentialunterschied ist dann die Spannung.

Was kann ich mir unter "Potential liegt an Anode an" vorstellen? Was ist mit Potential gemeint? Bin etwas verwirrt.

Ich habe leider irrtürmlich auf "posten" gedrückt bei meinem letzten Post, ich habe da noch ein paar Zeilen geschrieben.

» » Was hast Du mit der Wärmebewegung?
» »
» » Vielleicht wäre das hier wichtig zu lesen:
» » https://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0112072.htm
» Danke, der Link ist gut. Ich habe ihn mir durchgelesen.
»
» Da steht ja dass diese innere Potentialschwelle abgebaut wird, d.h. für
» mich, dass doch diese Sperrschicht weg ist, oder?

Ja.


» Aber es heißt auch, dass
» ab 0,7V Durchlassspannung die Diode leitet. Was hat nun 0,7V
» Durchlassspannung mit 0,7V Schwellenspannung bzw. Diff.-Spannung zu tun?

Verschiedene Begriff, die das gleiche meinen. Im Zusammenhang mit dem pn-Übergang wird gerne von Schwellenspannung oder Diffusionsspannung gesprochen. Bei Dioden spricht man eher von Durchlassspannung.


» Wenn man n- und p-Element zusammenfügt, entsteht dann eine 0,7V breite
» Sperrschicht, oder wie sieht das aus?

Durch die Ladungsträgerdiffusion ist ein Ionengitter entstanden. Im Prinzip herrscht hier ein elektrisches Feld, dass nur dann aufgelöst werden kann, wenn die Schwellspannung anliegt.


» Das die Löcher bzw. Elektronen, durch Wärmebewegung auf die jweils andere
» Seite diffundiern habe ich aus meinen Skrikptum. "Wärme entsteht druch
» Spannung", dass habe ich mir "ausgedacht", was ja falsch ist, da die
» Elektronen bzw. Löcher schon bei Zimmertemp. diffundieren, also einen
» Ausgleich anstreben richtig?

Nein, ein Ausgleich findet nicht statt, sondern wie oben beschrieben ein elektrisches Feld.


» Die zusätzliche Spannung vergrößert bzw. verkleinert ja die
» Sperrschicht(abhängig davon die Diode anschließt) richtig?

Ja, je nach dem wie herum gepolt wird.


» » Die Anode muss um ca. 0,7 V positiver sein als die Kathode, damit die
» Diode
» » leitend wird.
»
» Was heißt positiver?

Beispiele:
A: 0,7 V / K: 0 V
A: 1,4 V / K: 0,7 V
A: 5,1 V / K: 4,6 V

» Liegt eine Spannung an der Anode und eien Spannung an
» der Kathode an? Und die Differenz ist der Potentialunterschied?

Ja.


» Und die
» Spannung an der Anode muss max. um 0,7V positiver sein, sodass die diode
» leitet in Durchlassbetrieb, denn im Sperrbetrieb wird ja diese
» "Sperrschicht" vergrößert, da Löcher und Elektronen nach außen gezogen
» werden --> Sperrschicht wird größer.

Ja.


» Aber wie misst man diese Spannung? Kathode gegen Masse und Anode gegen
» Masse? Ich verstehe nicht wie eine Spannung an einem Punkt anliegen kann.
» Wie soll ich mir das vorstellen?

Au mal unter "Potential und Spannungsrichtung":
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0201101.htm

Will ich wissen, ob eine Diode leitend ist, dann muss ich an der Diode 0,7 V messen. Dazu wähle ich die Kathode der Diode als Bezugspunkt für den GND- oder Minus-Anschluss des Messgeräts. Den Plus-Pol des Messgeräts halte ich an die Anode. Zeigt das Messgerät ca. 0,7 V an, dann leitet die Diode.

Ich kann es natürlich auch umständlich machen und grundsätzlich GND der Schaltung als Bezugspunkt nehmen. Muss dann aber die Spannung von Anode und Kathode getrennt messen und voneinander abziehen. Deshalb misst man eher den Spannungsabfall an der Diode (zwischen Anode und Kathode).


» Silizium hat ja 4 Außenelektrone und Arsen 5, wie schon gesagt. Was
» geschieht denn hier genau beim zusammenfügen von Silizum und einem
» 5wertigen Arsenatom? Ist das nur ein Atom, oder mehrere?

Es wandern die Elektronen (freie Ladungsträger) nahe des Grenzbereichs von der n-leitenden Schicht in die p-leitende Schicht.


» Wir haben nun eine Diode. Nur durch Einwirkung von z.b. Wärmung wandern die
» Elektronen(die naher der Sperrschicht sind) über die Sperrschicht zur
» p-Zone und die Löcher in die n-Zone. Dieses Wander nennt man
» "Ladungsträgerdiffusion".

Die Elektronen wandern über den Grenzbereich, diffundieren und erst dann entsteht die Sperrschicht.


» Hmm, aber was mir gerade auffällt: So ein Loch "wandert" ja nur, wenn ein
» Elektron sich von einem Atom löst --> "Paarbildung". Dann gibt es ein Loch,
» das ja da bleibt, wie kommt es dann auf in die n-Zone?

Das Loch kommt dort nicht hin. Es ist dort, wenn das Elektron sich herausgelöst hat.


» "Durch die Ladungsträgerdiffusion ist ein Ionengitter entstanden. Es ist
» eine an freien Ladungsträgern verarmte Sperrschicht und wird auch
» Raumladungszone genannt."
» Und durch dieses Wandern entsteht dann eine sog. RLZ? Ist das einfach so?

Man nennt das halt so.


» "In dieser Schicht herrscht ein starkes elektrisches Feld, das weitere
» Elektronenwanderungen verhindert. Die Ladungsträgerdiffusion ist dann
» beendet, wenn das elektrische Feld groß genug ist, um der Kraftwirkung der
» Wärmeschwingungen entgegen zu wirken."
» Wenn die RLZ 0,7V hat? (nur durch Wärmebewegung)

Nein, das hat nichts mit den 0,7 V zu tun. Es geht um die Kraftwirkung der Wärmeschwingungen.


» "Je höher die Temperatur, desto breiter ist die Raumladungszone, desto
» höher wird das elektrische Feld."
» Dieser Satz wiederlegt doch den Satz, den ich eins drüber gepostet habe,
» denn dieser Satz sagt doch aus, dass die RLZ immer größer wird bei
» Temp.anstieg, somit hört Ladungsdiff. nie auf, wenn sich Temp. ändert.
»
» Oder meinte der obere Satz folgendes: Die Ladungsdiff. hört auf wenn sie
» bei X°C ein so starkes elektr. Feld erzeugt hat, dass der Wärme
» entgegenwirken kann?

Ja.

--
Gruß von Patrick

https://www.elektronik-kompendium.de/

Danke dir! Ich verstehs nun! Ein paar kleine Fragen gibt es jedoch noch.

» Silizium hat ja 4 Außenelektrone und Arsen 5, wie schon gesagt. Was
» » geschieht denn hier genau beim zusammenfügen von Silizum und einem
» » 5wertigen Arsenatom? Ist das nur ein Atom, oder mehrere?
»
» Es wandern die Elektronen (freie Ladungsträger) nahe des Grenzbereichs von
» der n-leitenden Schicht in die p-leitende Schicht.
Ja, dass passiert erst, wenn man p-leitendes und n-leitendes Material zusammenfügt, right?

Aber ich habe folgendes gelesen:
Man hat einen Siliziumbaustein und der besteht aus vielen Atomen. Ein Atom hat hier 4 Außenelektronen.
Um jetzt ein n-leitendes Material zu machen, braucht man Arsen(5wertiges Atom, d.h. es hat 5 Außenelektronen). Man tut das Arsen in das Silizum rein, aber was passiert dann und wie viele Arsenatome sind dazu notwendig? Außerdem warum kann man es esrst dann n-leitend nennen. Silizium hat doch schon Elektronen drinnen, ist das nicht schon n-leitend?

Bei Erzeugung des p-leitenden Material fügt man Aluminium hinzu(was 3wertig ist, d.h. es hat 3 Außenelektrone). Naja hier gelten dieselben Fragen wie oben.
Und anscheinend enstehen hier löch, weil 3 Außenelektronen vom Aluminium genge 4 Außenelektronen vom Silizium, aber was passiert da genau?

»
» » Wir haben nun eine Diode. Nur durch Einwirkung von z.b. Wärmung wandern
» die
» » Elektronen(die naher der Sperrschicht sind) über die Sperrschicht zur
» » p-Zone und die Löcher in die n-Zone. Dieses Wander nennt man
» » "Ladungsträgerdiffusion".
»
» Die Elektronen wandern über den Grenzbereich, diffundieren und erst dann
» entsteht die Sperrschicht.

Ich dachte "diffundieren" bedeutet "wandern"? Also die Sperrsicht entsteht, wenn Elektronen nahe des Grenzbereiches in die p-zone wandern und somit entstehen auch Löcher in der n-Zone nahe des Grenzbereiches --> Ionengitter bzw. kleine Sperrschicht ist entstanden.
Hat diese Sperrschicht eine Einheit oder so, mit der man sagen kann wie breit diese ist?



» » "In dieser Schicht herrscht ein starkes elektrisches Feld, das weitere
» » Elektronenwanderungen verhindert. Die Ladungsträgerdiffusion ist dann
» » beendet, wenn das elektrische Feld groß genug ist, um der Kraftwirkung
» der
» » Wärmeschwingungen entgegen zu wirken."
» » Wenn die RLZ 0,7V hat? (nur durch Wärmebewegung)
»
» Nein, das hat nichts mit den 0,7 V zu tun. Es geht um die Kraftwirkung der
» Wärmeschwingungen.

Aber da steht doch "wenn das elektrische Feld groß genug ist". Je größer das Feld, desto mehr Spannung oder?

» Danke dir! Ich verstehs nun! Ein paar kleine Fragen gibt es jedoch noch.
»
» » Silizium hat ja 4 Außenelektrone und Arsen 5, wie schon gesagt. Was
» » » geschieht denn hier genau beim zusammenfügen von Silizum und einem
» » » 5wertigen Arsenatom? Ist das nur ein Atom, oder mehrere?
» »
» » Es wandern die Elektronen (freie Ladungsträger) nahe des Grenzbereichs
» von
» » der n-leitenden Schicht in die p-leitende Schicht.
» Ja, dass passiert erst, wenn man p-leitendes und n-leitendes Material
» zusammenfügt, right?

Ja.

» Aber ich habe folgendes gelesen:
» Man hat einen Siliziumbaustein und der besteht aus vielen Atomen. Ein Atom
» hat hier 4 Außenelektronen.
» Um jetzt ein n-leitendes Material zu machen, braucht man Arsen(5wertiges
» Atom, d.h. es hat 5 Außenelektronen). Man tut das Arsen in das Silizum
» rein, aber was passiert dann und wie viele Arsenatome sind dazu notwendig?
» Außerdem warum kann man es esrst dann n-leitend nennen. Silizium hat doch
» schon Elektronen drinnen, ist das nicht schon n-leitend?

So ein bisschen Grundlagen Chemie insbesondere Periodensystem wäre jetzt nicht schlecht.

Gehen wir ein Schritt zurück. Silizium ist ein Nichtleiter, der erst durch Fremdatome, wie Arsen usw. unter bestimmten Bedingungen leitend wird. Deshalb Halbleiter.

Mehr steht hier:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/1007251.htm


» » » Wir haben nun eine Diode. Nur durch Einwirkung von z.b. Wärmung
» wandern
» » die
» » » Elektronen(die naher der Sperrschicht sind) über die Sperrschicht zur
» » » p-Zone und die Löcher in die n-Zone. Dieses Wander nennt man
» » » "Ladungsträgerdiffusion".
» »
» » Die Elektronen wandern über den Grenzbereich, diffundieren und erst dann
» » entsteht die Sperrschicht.
»
» Ich dachte "diffundieren" bedeutet "wandern"? Also die Sperrsicht entsteht,
» wenn Elektronen nahe des Grenzbereiches in die p-zone wandern und somit
» entstehen auch Löcher in der n-Zone nahe des Grenzbereiches --> Ionengitter
» bzw. kleine Sperrschicht ist entstanden.
» Hat diese Sperrschicht eine Einheit oder so, mit der man sagen kann wie
» breit diese ist?

Weiß ich nicht.


» » » "In dieser Schicht herrscht ein starkes elektrisches Feld, das weitere
» » » Elektronenwanderungen verhindert. Die Ladungsträgerdiffusion ist dann
» » » beendet, wenn das elektrische Feld groß genug ist, um der Kraftwirkung
» » der
» » » Wärmeschwingungen entgegen zu wirken."
» » » Wenn die RLZ 0,7V hat? (nur durch Wärmebewegung)
» »
» » Nein, das hat nichts mit den 0,7 V zu tun. Es geht um die Kraftwirkung
» der
» » Wärmeschwingungen.
»
» Aber da steht doch "wenn das elektrische Feld groß genug ist". Je größer
» das Feld, desto mehr Spannung oder?

Nein. Es geht um die Größe des Feldes, nicht um dessen Stärke.

--
Gruß von Patrick

https://www.elektronik-kompendium.de/

Also, ich fasse das ganze nochmals Zusammen:

Wir haben 2 Siliziumkristalle vor uns und wollen eine Diode bauen. Dazu brauchen wir einen n-Leiter und einen p-Leiter.

n-Leiter:
Um diesen zu Erzeugen nehmen wir einen Siliziumkristall her und dotieren ihn mit z.B. Arsen. Das Resultat ist dann ein n-Leiter, der folgendermaßen aussieht(linkes Bild):
Pro Donator(Arsenatom) bleibt ein freies Elektron im Siliziumgitter übrig.(habe ich das so richtig gesagt: "es bleibt im si-gitter übrig"?)


p-Leiter:
Um diesen zu erzeugen nehmen wir den zweiten Siliziumkristall her und dotieren ihn mit z.B. Bor. Das Resultat ist dann ein p-LEiter, der folgendermaßen aussieht: Rechtes Bild oben.
Pro Akzeptator(Boratom) ensteht eine Fehlstelle(Loch).

Soweit richtig?

PN-Übergang:
Wenn man nun p-Leiter und n-Leiter zusammenfügt, wandern(durch Wärme) die freien Elektronen(nahe der Grenze) vom Arsenatom(von der n-Zone) in die p-Zone. Diese Elektronen rekombinieren(also "gehen" in das Loch) dann mit einem Loch in der p-Zone. In der p-Zone ist nun ein neg. Ion(Elektron) und in der n-Zone nun ein pos. Ion(Loch), da das Elektron ja von der n-Zone in die p-Zone gewandert ist.
Dabei entsteht ein elektrisches Feld. Dieses "wandern" der Elektronen wird auch Ladungsdiffusion genannt, diese hört erst auf, wenn das elektr. Feld so groß ist, dass es der Wärme entgegenwirken kann. Und der Potentialunterschied zwischen Anode und Kathode ist immer 0.7V, egal wie groß das elektr. Feld ist. Man spricht hier auch von Schwellspannung, oder Diffusionsspannung. ---> Es kommen ohne anlegen von äußere Spannung keine weiteren Elektronen von der n-Zone in die p-Zone, da eben diese "Sperrschicht" entstanden ist.

Richtig?

Anlegen von äußerer Spannung:
Durchlassbetrieb:
Spannungsquelle wird angeschlossen. +Pol an die p-Zone und -Pol an die n-Zone. Die Sperrschicht wird abgebaut mit zunehmender Spannung. Ab 0,7V Schwellenspannung ist die Diode leitend --> Der Strom steigt an. Also immer mehr Elektronen wandern in die p-Zone und Löcher entstehen in der n-Zone und verschwinden in der p-Zone(nach dem Prinzip des PN-Übergangs). Löcher werden hier vom Pluspol abgestoßen und Elektronen von Minuspol.
Nun kann ein Strom vom Pluspol bis zum Minuspol fließen, da Sperrschicht weg ist.

Sperrbetrieb:
Spannungsquelle wird angeschlossen. +Pol an die n-Zone und -Pol an die p-Zone. Die Sperrschicht wird hier verbreitet, also das elektrische Feld wird breiter bzw. die Potentialschwelle. Weil die Löcher in der p-Zone von Minuspol und die Elektronen vom Pluspol angezogen werden --> Sie werden nach außen gedrängt und somit wird die Sperrschicht größer. Der Strom, der von der Spannungsquelle kommt kann nicht fließen, da er diese Sperrschicht nicht durchdringen kann.

Richtig?


Hier noch ein paar Fragen zum oben geschriebenen Text:
Zum PN-Übergang bzw. Dotierung: Wie kann ein freies Elektron ein Loch hinterlassen? Was sind die Schwarzen Punkte auf dem Bild? Sind das Elektronen? Und warum hat das freie Elektron auf der linken Seiten einen verbunden Strich?

Also ich meine freie Elektronen sind doch an nichts gebunden, oder doch?? Ich verstehe den Sinn nicht, auch wenn ich mir die ganzen Links über Dotierung etc. auf EK durchgelesen habe. Wie sieht das genau aus?

Wird da nun einfach ein Donator bzw. Akzeptatoratom in ein Silizumgitter einbebunden und nicht mit einem Siliziumatom ersetzt? Also einfach irgendwo mitten drinn so ein Donatr bzw. Akzeptatoratom reintun und dann hat man entweder ein freies Elektron(bei donator) oder ein Loch bei Akzeptator.

Aber warum machen die Elektronen vom Silizium nichts? Sind die festgebunden?



p-Leitung Spannung anlegen:
"Schließt man eine Stromquelle an den p-Leiter an, so fließen Elektronen vom Minus-Pol in den p-Leiter und rekombinieren mit den Löchern. Der Plus-Pol entzieht nun dem p-Leiter wieder die Elektronen. Es fließt ein Löcherstrom von Plus nach Minus."

Naja Elektronen kommen ja aus der Quelle und diese werden vom p-Leiter angezogen? Und dann gehen sie in die Löcher rein --> es entstehen Elektronen, die aber dann wieder vom Pluspol angezogen werden. --> Also ist es ein Löcherstrom vom Pluspol zum Minuspol. Da die Elektronen am nähesten des Pluspols als erstes entzogen werden und dann immer weiter nach Links geht. Richtig?

n-Leitung Spannung anlegen:
Naja das ist ja komisch. Wohin sollen die Elektronen gehen, die aus der Quelle kommen? Oben ist es ja leicht, aber hier verstehe ich es nicht.


Allgemeine Frage: Warum gerade Stromquelle? Warum darf die Spannung nicht variieren, weil bei einer Stromquelle ist ja der Strom konstant, aber Spannung nicht?

Ehhm, irgendwie hat es den Post als "unregistrierter" gepostet.

Aber ich war es, der den Post über mir gepostet hat.

Würde mich freuen wenn du mir wieder weiterhelfen könntest und danke nochmals für deine Hilfe in den letzten Beiträgen.

Ich verstehe ja schon fast alles, aber so kleine Detailfragen gibt es halt noch.

Kann mir wer bitte sagen, ob ich den ersten Teil in meinen Text richtig verstanden habe?

Und ev. noch die Fragen beantworten bitte?

» Also, ich fasse das ganze nochmals Zusammen:
»
» Wir haben 2 Siliziumkristalle vor uns und wollen eine Diode bauen. Dazu
» brauchen wir einen n-Leiter und einen p-Leiter.

Ja.


» n-Leiter:
» Um diesen zu Erzeugen nehmen wir einen Siliziumkristall her und dotieren
» ihn mit z.B. Arsen. Das Resultat ist dann ein n-Leiter, der folgendermaßen
» aussieht(linkes Bild):
»
» Pro Donator(Arsenatom) bleibt ein freies Elektron im Siliziumgitter
» übrig.(habe ich das so richtig gesagt: "es bleibt im si-gitter übrig"?)

Ja.


» p-Leiter:
» Um diesen zu erzeugen nehmen wir den zweiten Siliziumkristall her und
» dotieren ihn mit z.B. Bor. Das Resultat ist dann ein p-LEiter, der
» folgendermaßen aussieht: Rechtes Bild oben.
» Pro Akzeptator(Boratom) ensteht eine Fehlstelle(Loch).

Ja.


» PN-Übergang:
» Wenn man nun p-Leiter und n-Leiter zusammenfügt, wandern(durch Wärme) die
» freien Elektronen(nahe der Grenze) vom Arsenatom(von der n-Zone) in die
» p-Zone. Diese Elektronen rekombinieren(also "gehen" in das Loch) dann mit
» einem Loch in der p-Zone. In der p-Zone ist nun ein neg. Ion(Elektron) und
» in der n-Zone nun ein pos. Ion(Loch), da das Elektron ja von der n-Zone in
» die p-Zone gewandert ist.

Soweit ok. Nur der Hinweis, ein Ion ist kein Loch, sondern ein Atom, dass ein Elektron zu viel oder zu wenig hat.
Mehr:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0110271.htm


» Dabei entsteht ein elektrisches Feld. Dieses "wandern" der Elektronen wird
» auch Ladungsdiffusion genannt,

Nein, Ladungsträgerdiffusion. Es wandern keine Ladungen, sondern Ladungsträger.


» diese hört erst auf, wenn das elektr. Feld
» so groß ist, dass es der Wärme entgegenwirken kann.

Es geht nicht um die Wärme, sondern um Wärmeschwingungen oder auch Wärmeenergie.


» Und der
» Potentialunterschied zwischen Anode und Kathode ist immer 0.7V,

Abhängig vom Halbleitermaterial. Germanium hat ca. 0,3 V.


» egal wie
» groß das elektr. Feld ist. Man spricht hier auch von Schwellspannung, oder
» Diffusionsspannung. ---> Es kommen ohne anlegen von äußere Spannung keine
» weiteren Elektronen von der n-Zone in die p-Zone, da eben diese
» "Sperrschicht" entstanden ist.

Ja.


» Anlegen von äußerer Spannung:
» Durchlassbetrieb:
» Spannungsquelle wird angeschlossen. +Pol an die p-Zone und -Pol an die
» n-Zone. Die Sperrschicht wird abgebaut mit zunehmender Spannung. Ab 0,7V
» Schwellenspannung ist die Diode leitend --> Der Strom steigt an. Also immer
» mehr Elektronen wandern in die p-Zone und Löcher entstehen in der n-Zone
» und verschwinden in der p-Zone(nach dem Prinzip des PN-Übergangs). Löcher
» werden hier vom Pluspol abgestoßen und Elektronen von Minuspol.
» Nun kann ein Strom vom Pluspol bis zum Minuspol fließen, da Sperrschicht
» weg ist.

Ja.


» Sperrbetrieb:
» Spannungsquelle wird angeschlossen. +Pol an die n-Zone und -Pol an die
» p-Zone. Die Sperrschicht wird hier verbreitet, also das elektrische Feld
» wird breiter bzw. die Potentialschwelle. Weil die Löcher in der p-Zone von
» Minuspol und die Elektronen vom Pluspol angezogen werden --> Sie werden
» nach außen gedrängt und somit wird die Sperrschicht größer. Der Strom, der
» von der Spannungsquelle kommt kann nicht fließen, da er diese Sperrschicht
» nicht durchdringen kann.

Ja.


» Hier noch ein paar Fragen zum oben geschriebenen Text:
» Zum PN-Übergang bzw. Dotierung: Wie kann ein freies Elektron ein Loch
» hinterlassen?

Es ist wie ein freier Platz in einem Bus. Der Bus wäre vollständig besetzt, wenn auch der Platz belegt wäre. So ist es mit den Atomen. Sie haben eine festgelegte Anzahl von Elektronen. Fehlt irgendwo eines, dann bezeichnet man das als Loch. Damit ist gemeint, dass jederzeit ein freies Atom dort hinein gelangen kann.


» Was sind die Schwarzen Punkte auf dem Bild? Sind das
» Elektronen?

Ja.

» Und warum hat das freie Elektron auf der linken Seiten einen
» verbunden Strich?

Das soll andeute, dass es zum Arsen-Atom gehört.


» Also ich meine freie Elektronen sind doch an nichts gebunden, oder doch??

Sie suchen sich ein Loch.

» Ich verstehe den Sinn nicht, auch wenn ich mir die ganzen Links über
» Dotierung etc. auf EK durchgelesen habe. Wie sieht das genau aus?

Wandernde Elektronen sind dass, was wir elektrischen Strom nennen.


» Wird da nun einfach ein Donator bzw. Akzeptatoratom in ein Silizumgitter
» einbebunden und nicht mit einem Siliziumatom ersetzt? Also einfach irgendwo
» mitten drinn so ein Donatr bzw. Akzeptatoratom reintun und dann hat man
» entweder ein freies Elektron(bei donator) oder ein Loch bei Akzeptator.
»
» Aber warum machen die Elektronen vom Silizium nichts? Sind die
» festgebunden?

Ja.

Damit ein Strom fließen kann, braucht es freie Ladungsträger. Zum Beispiel Elektronen. Und Silizium hat keine freien Ladungsträger. Erst mit der Verunreinigung durch Akzeptor (nicht Akzeptator) und Donator macht man Silizium zum Leiter oder besser gesagt zum Halbleiter.


» p-Leitung Spannung anlegen:
» "Schließt man eine Stromquelle an den p-Leiter an, so fließen Elektronen
» vom Minus-Pol in den p-Leiter und rekombinieren mit den Löchern. Der
» Plus-Pol entzieht nun dem p-Leiter wieder die Elektronen. Es fließt ein
» Löcherstrom von Plus nach Minus."
»
» Naja Elektronen kommen ja aus der Quelle und diese werden vom p-Leiter
» angezogen? Und dann gehen sie in die Löcher rein --> es entstehen
» Elektronen, die aber dann wieder vom Pluspol angezogen werden. --> Also ist
» es ein Löcherstrom vom Pluspol zum Minuspol. Da die Elektronen am nähesten
» des Pluspols als erstes entzogen werden und dann immer weiter nach Links
» geht. Richtig?

Ja.


» n-Leitung Spannung anlegen:
» Naja das ist ja komisch. Wohin sollen die Elektronen gehen, die aus der
» Quelle kommen? Oben ist es ja leicht, aber hier verstehe ich es nicht.

Weil da die Sperrschicht ist. Hast Du doch oben schon selber geschrieben.

--
Gruß von Patrick

https://www.elektronik-kompendium.de/