anwendung der np junction: wichtige halbleiterbauelemente
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Anwendung der np junction: Wichtige Halbleiterbauelemente. Inhalt. Photodiode Halbleiterzähler Leuchtdiode Peltier-Effekt. Die Photodiode. Photoeffekt an der np Junction. n leitend. p leitend. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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Anwendung der np junction:Wichtige Halbleiterbauelemente
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Inhalt
• Photodiode
• Halbleiterzähler
• Leuchtdiode
• Peltier-Effekt
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Die Photodiode
PhotoU
h
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Photoeffekt an der np Junction
n leitend p leitend
• Energiezufuhr erzeugt Ladungsträger, indem sie vom Valenz- ins Leitungsband gehoben werden („Innerer Photoeffekt“)
• Die Ladungsträger werden von der Feldstärke an der np junction in die ihnen entsprechenden Bereiche gezogen
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Stromfluss an der Photodiode
n leitend p leitend
• Der Stromfluss der Photodiode entspricht dem Strom an der np junction in Sperr-Richtung
• Anwendung: Solarzellen – Hochreines Si vermeidet Rekombination der Ladungsträger auf
ihrem Weg zur Anode bzw. Kathode durch Kollision mit „Störstellen“
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Versuch
• Spannung an einer „Solarzelle“ bei Beleuchtung
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Halbleiterzähler
Verstärker
h
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Stromfluss im Halbleiterzähler
n leitend p leitend
• Polung in Sperr-Richtung: Zunahme des Stroms in Sperrichtung (Abnahme des Widerstands) bei Ankunft eines Quants
─+
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Versuch
• Halbleiterzähler
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Zusammenfassung Photodiode und Halbleiterzähler
• Wird eine n-p junction mit sichtbarem Licht bestrahlt, dann erhöht sich die Anzahl der freien Ladungsträger, weil sie vom Valenz- ins Leitungsband gehoben werden– „Innerer Photoeffekt“ - im Gegensatz zum äußeren mit
Elektronen Abgabe ins Vakuum
• Das Feld in der Grenzschicht zieht Elektronen in das n-leitende Gebiet, die Löcher in das p-leitende
• Photostrom fließt in Sperr Richtung - das Element liefert eine der Intensität entsprechende Spannung
• Halbleiterzähler: Bei Anschluss einer Spannung in Sperr-Richtung bewirkt der Photoeffekt eine Zunahme des Stroms (Abnahme des Widerstands) bei Ankunft eines Quants
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Versuch
• Leuchtdiode
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Halbleiter als Leuchtdiode
hWiderstand (~300 )
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Leuchtdiode
• Spannung liegt in Flussrichtung – Elektronen wandern in die p-Schicht und
rekombinieren mit den Löchern
• Bei manchen Halbleitern wird die dabei frei werdende Energie in Form von sichtbarem Licht abgestrahlt
• Strombegrenzung durch einen Widerstand in Reihe
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n leitend p leitend
Stromfluss in der Leuchtdiode
+─
• Die Leuchtdiode wird in Flussrichtung gepolt• Bei der Rekombination von Elektronen und
Defekelektronen wird Energie frei, dabei entsteht in manchen Halbleitern sichtbares Licht
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Der Peltier-Effekt
1T 2T
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Peltier-Effekt im Halbleiter
• Elektronen, die in einer Diode aus dem Leitungsband in Flussrichtung fließen, rekombinieren mit den energetisch tiefer liegenden Defektelektronen des Valenzbands: – Die Elektronen geben Energie an das Gitter ab, die
Kontaktfläche erwärmt sich • In Sperrrichtung umgekehrt: Die Elektronen nehmen
Energie aus dem mechanischen Schwingungsspektrum (den Phononen) auf, der Kontakt kühlt sich ab
• Mit speziell dotierten Halbleitern (z. B. Selen dotiertes Wismut-Tellurid) werden Temperaturdifferenzen bis zu 50°C erreicht
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Versuch
• Peltier Effekt
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Zusammenfassung Photodiode und Peltier-Effekt
• Stromfluss in Flussrichtung führt zur Rekombination der Ladungsträger in Nähe der np junction– Die dabei freiwerdende Energie erscheint als Wärme
und in Photodioden als Licht– Die np junction erwärmt sich
• Bei Stromfluss in Sperrichtung nehmen Elektronen Energie aus dem „Wärmebad der Gitterschwingungen“ auf, – np junction kühlt sich ab – Anwendung im Peltier-Element
• Z. B. zur Kühlung in Kühltaschen für den Anschluss an die Steckdosen im Auto
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n leitend p leitend
Stromfluss in der Leuchtdiode
+─
• Die Leuchtdiode wird in Flussrichtung gepolt• Bei der Rekombination von Elektronen und
Defekelektronen wird Energie frei, dabei entsteht in manchen Halbleitern sichtbares Licht
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Aggregatzustand, Ladungsträger und Leitfähigkeit
Gas Flüssig Fest
Elektronen Ionen Elektronen
IsolatorSpontaner Durchbuch, z. B. Blitz
Elektro-lytische Leitung
Metall
Halbleiter
In Grenzen:Nach
Aktivierung:
Ohmsche Leitung, U=R.I