halbleiter die np junction. inhalt aufbau der np junction strom und feldstärken an der np junction...
Post on 06-Apr-2015
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Halbleiter Die „np Junction“
Inhalt
• Aufbau der „np junction“
• Strom und Feldstärken an der „np junction“
• Polung und Leitfähigkeit
Elementarzelle eines Silizium Kristalls
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
P
Energie W
Halbleiter: Voll besetztes Valenz-Band, kleine Bandlücke
L
M n-Dotierung: Die Energie des zusätzlichen Elektrons liegt nah am leeren Band: eine kleine Energiezufuhr macht leitfähig
Elementarzelle eines Silizium Kristalls, p-Dotierung
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
B
Energie W
Halbleiter: Voll besetztes Valenz-Band, kleine Bandlücke
L
Mp-Dotierung: Die Energie der Lücke liegt nah am besetzten Band: eine kleine Energiezufuhr macht leitfähig
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“
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
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 Schicht ohne bewegliche Ladungsträger
• Das angelegte Feld ist dem Feld an der junction entgegengesetzt, im n-Bereich werden Elektronen zur junction getrieben, im p-Bereich Defektelektronen
• Die isolierende Schicht ohne Ladungsträger wird dünner, ihr Widerstand nimmt ab
n leitend p leitend
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
Stromfluss bei positiver Spannung am p leitenden Halbleiter
+─
• 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“
• 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
n leitend p leitend
─+
Polung in Sperr-Richtung: Negative Spannung am p Halbleiter
• Bauelemente dieser Art bezeichnet man als „Dioden“
• Zeichen in Schaltbildern:
Die „Diode“
─+
Vorzeichen für Polung in Flussrichtung
Anode Kathode
Grundlegendes Bauelement
der Halbleiterelktronik
Strom- Spannungskennlinie „nichtlinear“ bzw. nicht „Ohmsch“
Aggregatzustand, Ladungsträger und elekt. Leitfähigkeit
Vakuum Gas Flüssig Fest
Elektronen Ionen Elektronen
IsolatorGut
steuer-bar, z. B. in „Röh-
ren“
Normal-druck Elektro-
lytische Leitung
Halb-leiter
MetallSpon-taner
Durch-bruch z. B. Blitz
In Grenzen:
Nach Ak-tivierung:
Ohmsche Leitung, U=R.I
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
n leitend p leitend
Stromfluss bei positiver Spannung am p leitenden Halbleiter
+─
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