Elektronik

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Ersetzt man in einem Si-Kristall Si-Atome durch Atome der V. Hauptgruppe
(z.B. P) so werden nur vier der fünf Valenzelektronen für die Bindung
benötigt, das fünfte ist zwar durch die Kernladung an das P-Atom gebunden,
seine Bindungsenergie ist jedoch wesentlich geringer (einige 10 meV) anstatt
1.1 eV für ein Valenzelektron in Si. Bereits bei Zimmertemperatur (25 meV)
sind praktisch alle Störatome ionisiert und die freien Elektronen stehen zur
Leitung zur Verfügung. Da dabei der Stromfluss auf negativen
Ladungsträgern basiert, spricht man von n-Leitung und von n-Dotierung.
Werden Atome der III. Hauptgruppe (z.B. Al) in einen Si-Kristall eingebaut,
so fehlen Valenzelektronen zur Bindung. Im Gitter entstehen
Defektelektronen, die nur schwache an das Fremdatom gebunden sind.
Elektronen der Nachbaratome können bei geringer Energiezufuhr dieses Loch
besetzen, wodurch in einem anderen Atom ein Loch entsteht. Das
Defektelektron wandert also durch das Kristallgitter; man spricht von p-
Leitung bzw. p-Dotierung.
pn-Übergang/Halbleiter-Diode
Von weitaus größerer Bedeutung sind Halbleiterbauelemente, die einen oder
mehrere pn-Übergänge besitzen. Ein pn-Übergang (Abb.1) entsteht immer
dann, wenn ein p-dotiertes und ein n-dotiertes Halbleitermaterial direkt in
Berührung kommen. Den einfachsten pn-Übergangs stellt die Halbleiter-
Diode (Abb. 2) dar.
Abb. 1 pn-Übergang Abb. 2 Diode
Aufgrund des Konzentrationunterschieds diffundieren wegen ihrer
thermischen Bewegung Elektronen vom n-Gebiet über die pn-Grenzschicht in
das p-Gebiet und Löcher in umgekehrter Richtung. In der Grenzschicht
kommt es zu Rekombination von Elektronen und Löchern; dies führt zu einer
Verarmung an Ladungsträgern, es bildet sich eine Sperrschicht und die
Leitfähigkeit der Grenzschicht sinkt.
Wird eine äußere Gleichspannung so an den pn-Übergang angelegt, dass ihr
Pluspol an der p-Schicht und ihr Minuspol an der n-Schicht anliegt, werden