Grundlagen der halbleitertechnik
Neben
den Leitern und den Isolatoren gibt es noch eine dritte Gruppe von
Stoffen, die unter bestimmten Voraussetzungen leiten, oder auch
nicht leiten:
Die
Halbleiter, z.B. Germanium, Silicium oder Kohlenstoff. Sie
haben alle 4 Valenzelektronen und sind im reinen Zustand
nichtleitend, da sie ein Kristallgitter bilden. Bei Verunreinigung
werden sie jedoch schnell leitend (je nach Dotierung p-leitend
oder n-leitend). Mit dem Kombinieren n-leitender und p-leitender
Halbleiter lassen sich viele Bauelemente der Elektrotechnik
bilden:
Die
Diode:
Die
Diode ist das einfachste Halbleiterbauelement und besteht aus
einem auf der einen Seite n-leitend dotierten und auf der anderen
Seite p-leitend dotierten Halbleiterkristall: Bei dem pn-Übergang
findet ein Ladungsträgeraustasch statt, wobei durch die
Rekombination der Atome der pn-Übergangsbereich zu einem Isolator
wird und eine Diffusionsspannung aufgrund der unterschiedlichen
Potentiale entsteht.
Legt
man an die Diode eine Spannung mit Minuspol an die p-leitende
Schicht und Pluspol an die n-leitende Schicht, so werden die
Fehlstellen im p-Bereich von den Elektronen aus der
Spannungsquelle aufgefüllt, die überschüssigen Elektronen vom n-Bereich fließen zum Pluspol ab, d.h. die
Isolationsschicht wächst, damit der Widerstand und es ist kein
Stromfluß möglich.
Legt
man dagegen an die p-leitende Schicht den Pluspol und an die
n-leitende Schicht den Minuspol, so wirkt diese Spannung der
Diffusionsspannung entgegen und die Elektronen des n-leitenden
Bereichs werden durch das rekombinierte Kristallgefüge der
Sperrschicht hindurch gedrückt. Die Sperrschicht wird mit
Ladungsträger überschwemmt und abgebaut: Der Stromfluß kann
ungehindert passieren.
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