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.

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.

Sperrschicht

In der Raumladungszone bildet sich ein internes elektrisches Feld, das den weiteren Ladungsträgerfluss hemmt. Dieses Feld verursacht eine Diffusionsspannung (auch Kontaktspannung genannt).

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.

Bedeutung

Der p-n-Übergang ist die physikalische Grundlage für:

• Dioden
• Transistoren
• LEDs
• integrierte Schaltungen (ICs)