P-n-Übergang
Ein p-n-Übergang entsteht, wenn ein p-dotierter Halbleiter direkt mit einem n-dotierten Halbleiter verbunden wird. Er bildet die grundlegende Struktur vieler elektronischer Bauelemente, insbesondere der Diode.
Skizze
Entstehung der Sperrschicht
Nach dem Kontakt von p- und n-Bereich wandern Elektronen vom n-Bereich in den p-Bereich und füllen dort vorhandene Löcher auf. In der Grenzregion gibt es anschließend keine beweglichen Elektronen oder Löcher mehr. Zurück bleiben fest im Kristallgitter gebundene, geladene Atome, die ein internes elektrisches Feld erzeugen. Dieser Bereich wird als Sperrschicht (Raumladungszone) bezeichnet.
Wirkung des elektrischen Feldes
Auf der n-Seite sind Elektronen die beweglichen Ladungsträger. Das elektrische Feld drängt sie vom Übergang weg, sodass Elektronen im n-Bereich zurückgehalten werden.
Auf der p-Seite sind Löcher die beweglichen Ladungsträger. Das elektrische Feld wirkt ihrer Bewegung entgegen, sodass Löcher im p-Bereich zurückgehalten werden.
Dadurch gelangen keine beweglichen Ladungsträger in die Sperrschicht, und der p-n-Übergang ist gesperrt.
Durchlass- und Sperrrichtung
- Durchlassrichtung: Eine äußere Spannung verkleinert die Sperrschicht → Strom kann fließen.
- Sperrrichtung: Die Sperrschicht vergrößert sich → Stromfluss wird nahezu verhindert.
Durchlassrichtung
Wird eine äußere Spannung so angelegt, dass der p-Bereich positiv und der n-Bereich negativ gepolt ist, wirkt das äußere elektrische Feld dem internen Feld der Sperrschicht entgegen. Die Sperrschicht wird dadurch schmaler, sodass Elektronen vom n-Bereich in den p-Bereich und Löcher vom p-Bereich in den n-Bereich gelangen können. Es fließt elektrischer Strom.
Sperrrichtung
Wird die äußere Spannung umgekehrt angelegt, sodass der p-Bereich negativ und der n-Bereich positiv gepolt ist, verstärkt das äußere elektrische Feld das interne Feld der Sperrschicht. Die Sperrschicht wird breiter. Bewegliche Ladungsträger werden vom Übergang weggezogen und es fließt kein Strom.
Bedeutung
Der p-n-Übergang ist die physikalische Grundlage für:
- Dioden
- Transistoren
- LEDs
- integrierte Schaltungen (ICs)
