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Halbleiter(Diode, Transistor) (Bauelemente)

verfasst von f, 17.04.2014, 20:13 Uhr

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?