PN-Übergang - Halbleiter - Diode

PN-Übergang - Halbleiter - Diode​ - ein Informatik Referat

Dieses Referat hat Anna geschrieben. Anna ging in die 11. Klasse. Für dieses Informatik Referat hat wurde die Note 2 vergeben.
Schulnote.de und alle anderen SchülerInnen, die dieses Referat benutzen, bedanken sich bei Anna herzlichst für die fleißige Unterstützung und Bereitstellung dieser Hausaufgabe.

Ihr könnt die Leistung von Anna würdigen und mit Sternen nach Schulnoten bewerten.

Reden und Vorträge halten.

Bei Vorträgen ist die Vorbereitung und Übung das Wichtigste. Notiere Dir nur Stichpunkte zu Deinem Referat, um nicht in Versuchung zu kommen abzulesen. Vergiss bei Deiner Vorstellung nicht zu erwähnen, wer Du bist – also Deine Vorstellung, und über wen bzw. über was Du Deine Rede hältst. Rede frei und beachte Deine Zuhörer, aber lasse Dich nicht ablenken. Schaue in Deine Klasse und beobachte die Reaktionen. Passe dann Deine Redegeschwindigkeit an. Ein gutes Referat sollte 5-7 Minuten dauern. Verpacke etwas Witz in Deinem Vortrag, um Dein Publikum nicht zu langweilen. Viel Erfolg wünscht Schulnote.de!

Verbessere Deine Anna Note und profitiere mit Geschichten und Referaten bei Vorträgen von dem Wissen hunderter Schüler deutschlandweit. Viele Schüler haben ihre Anna Vorträge bei schulnote.de gefunden und durch unsere Referate, Biographien und Geschichten ihre Leistungen verbessert. Beachte bitte, dass Du diese Arbeiten nur für die Schule verwenden darfst. Du darfst sie nirgendwo posten oder anderweitig verwenden. Wir freuen uns, wenn wir Dir geholfen haben. Berichte uns von Deiner neuen Note! Nutze dafür die Feedback-Funktion.

Dies ist ein Artikel geschrieben von SchülerIn Anna, schulnote.de ist weder für die Richtigkeit noch für die Quelle verantwortlich.

Bindungsmodell der Halbleiter, Gitterstruktur der Halbleiter, Bändermodell der Halbleiter, Valenzband und Leitungsband, Donator- und Akzeptor-Terme, Fermi-Verteilungsfunktion, Stromleitung in Halbleitern, Dotieren mit 5-wertigen Fremdatomen, Rekombination

PN-ÜBERGANG
Bindungsmodell der Halbleiter

Ausgehend von den Valenzen, die zu den Bindungen zwischen den Atomen führen, läßt sich der Leitungsmechanismus in Halbleitern qualitativ beschreiben.

Gitterstruktur der Halbleiter

Nach dem Bohr’schen Atommodell wird ein positiv geladener Kern (10-15m) von von Elektrronen umkreist. Die chemischen und elektrischen Eigenschaften eines Stoffes werden durch die Elektronenhülle (10-10m) bestimmt. Die den Kern umkreisenden Elektronen sind in sogenannten Schalen angeordnet, wobei jeder Schale eine bestimmte Anzahl von Elektronen zugeordnet ist. Ist jeweils die äußerste Schale vollständig gefüllt, handelt es sich um ein chemisch besonders stabiles Element, ein Edelgas.

Bändermodell der Halbleiter:
Valenzband und Leitungsband


Energiespektrum besagt, daß ein Elektron nur ganz bestimmte diskrete Energiewerte annehmen kann. Dies ist eine Folge der Welleneigenschaften der Elektronen und wird durch die Quantenmechanik beschrieben. Das unterste Energieniveau (Haptquantenzahl n = 1) entspricht der Elektro­nenbahn mit kleinstmöglichen Radius (innerste Schalle). Um das Elektron auf den nächsthöheren Energiezustand (zweite Schale) zu bringen, muß Arbeit gegen die anziehende Kräfte der gegenna­migen Ladungen (Kern und Elektron) geleistet werden. Bei „größerer“ Energiezufuhr kann das Elektron auf höhere Energieniveaus gehoben und schließlich ganz vom Atomkern getrennt werden. Diese Energie wird Ionisierungsenergie genannt. Das vom Kern gelöste Elektron kann jede beliebige kinetische Energie annehmen.

Die Enegiezufuhr zur Hebung des Elektrons von einem Niveau E1 zu einem höheren Niveau E2 kann durch Strahlung erfolgen. Da die Strahlungs­energie quantsiert ist, muß die Frequenz der Srah­lung der Enegiediffernz E2 – E1 entsprechen:


h*f = E2 – E1


(h = 6,625*10-34 Ws2 ist die Plansche Konstante).


Dies gilt auch, wenn das Elektron vom Energieni­veau E1 in das Niveau E2 fällt und dabei Srahlung emittiert.

Besteht das verkoppelte System aus N Atomen, so ensteht eine Aufspaltung in je N Energieniveaus. Da die Anzahl der Atome in jedem technischen interessanten Volumen sehr groß ist ,ist es zweck­mäßig, sich an Stelle der Einzelniveaus ein konti­nuierliches Energieband vorzustellen, in welchem sich die Elektronen befinden können.

Abb. 2 zeigt das Energiespektrum für Si-Atome in Abhänigkeit vom interatomaren Abstand. Im Ein­kristall stellt sich ein bestimmter Abstand zwischen den Atomen ein. Man erkennt, daß Bänder existie­ren, welche durch Elektronen besetzt werden kön­nen (erlaubte Bänder) und welche durch eine sog. verbotene Zone (Gap) voneinander getrennt sind. Die Weite dieser verbotenen Zone, der Bandab­stand, ist kennzeichend für jedes Halbleitermateri­al. Für Si beträgt er ca. 1,1 eV. Abb. 3 zeigt dieses Bänderschema.

Das untere der beiden erlaubten Bänder ist für genügend tiefe Temperaturen (T ® 0) vollständig mit Elektronen besetzt; es sind dies die Valenzelek­tronen, und man nennt dieses Band Valenzband. Ein vollständig mit Elektronen besetztes Band kann keinen Beitrag zu einem elektrischen Strom liefern, da die Elektronen keine zusätzliche (kinetische) Energie aufnehmen können. Das obere erlaubte Band ist für T ® 0 vollständig unbesetzt. Bei end­licher Temperatur können jedoch einige Elektronen die Energiedifferenz zwischen den erlaubten Bän­dern überwinden und in das obere Band (Leitungsband) gelangen, wo sie frei beweglich sind. Aus Valenzelektronen sind Leitungselektro­nen geworden. Durch das Anheben eines Elektrons aus dem Valenzband entsteht im ersteren eine Lücke. Die Elektronen des nicht vollständig besetz­ten Valenzbandes können einen Beitrag zum elek­trischen Stromfluß liefern, der äquivalent durch positive Ladungsträger (Löcher) am oberen Rand des Valenzbandes beschrieben werden kann.

Zur Lösung einer Bindung ist Energie notwendig die dem Bandabstand gleich ist.Die Elektronen haben die Tendenz nach „unten“ zu fallen und zunächst das Valenzband zu füllen. Bei endlicher Temperaur haben einige Elektronen genügend hohe Energie, um ins Leitungsband zu gelangen, wo sie sich in der Nähe des unteren Bandrandes aufhalten werden. Die Energie der Löcher (fehlende Elektronen) hingegen wird dem­gemäß nach unten aufgetragen. Die Löcher haben die Tendenz nach „oben“ zu steigen. Die Löcher liegen daher in der Nähe der oberen Bandkante des Valenzbandes.

Für reines Halbleitermaterial, also bei Eigenlei­tung, entsteht für jedes Elektron, welches aus dem Valenzband ins Leitungsband gelangt, ein Loch im Valenzband (p = n).

Donator- und Akzeptor-Terme


Im Störstellenhalbleiter ist die zur Ionisation eines Dotierungsatoms erforderliche Energie von der Größenordnung 0,01 eV. Das Energieniveau des nicht gebrauchten Valenzelektrons eines Donators liegt daher knapp unter der Leitungsbandkante, wie in Abb. 5 gezeigt. Die Zufuhr dieser kleinen Ener­gie EC – ED genügt, um ein Leitungselektron (und ein räumlich festes positives Ion) aus dem neutra­len Donator zu erhalten. Analog liegt das Energini­veau für das aufzunehmende Elektron eines Akzep­tors knapp über der Valenzkante.

Generell ergeben Elemente der V. Gruppe Donato­ren mit Niveaus in der Nähe der Leitungsband­kante und Elemente der III. Gruppe Akzeptoren mit Niveaus in der Nähe der Valenzbandkante.



Fermi-Verteilungsfunktion


Für die Wahrscheinlichkeit W(E) eines Zustandes durch ein Elektron ist in Abb. 6 als Funktion der Energie dargestellt. Für T ® 0 ist W(E) eine Sprungfunktion. Für alle Zustände un­terhalb einer bestimmten Energie, dem Fermi-Ni­veau EF, ist W(E)=1, d.h. der Zustand ist sicher besetzt. Für Energien oberhalb dieses Fermi-Ni­veaus ist W(E)=0, d.h. die Zustände sind unbe­setzt. Bei endlicher Temperatur wird die Beset­zungswahrscheinlichkeit nicht abrupt vom Wert 1 (sicher ein Elektron) zum Wert Null (sicher kein Elektron) springen, sondern stetig übergehen, wie in Abb. 6 (T = T1) gezeigt.

Die Fermi Verteilungsfunktion W(E) genügt der Beziehung


Für ½E – EF½ >>k*T



Für – (E – EF) >>k*T



Für Zimmertemperatur ist k*T = 26meV.

Stromleitung in Halbleitern


Als Ausgangsmaterial für Herstellung technischer Halbleiter dienen die Elemente Germanium bzw. Silizium. In beiden Fällen handelt es sich um soge­nannte 4-wertige Elemente. Diese bestehen aus Atomen, in deren äüßersten Elektronenschalle sich jeweils 4 Elektronen befinden. Die äüßersten Elek­tronen sind an das Atom am schwächsten gebun­den und bestimmen wesentlich das chemische Verhalten. Man nennt sie Valenzelektronen. Diese Valenzelektronen haben das Bestreben, sich mit je einem Valenzelektron eines andern Atomes aus dem gleichen oder andern Stoff zu festen Paaren zu binden. Sie umkreisen dann beide Kerne gemein­sam. Diese Paarbildung – man spricht dabei auch von einer kovalenten Bindung (diese Bindung ist für das Entste­hen der dreidimensionalen kristallinen Form ver­antwortlich).Sowohl Germanium als auch Silizium kristallisieren in der sogenannten Diamantstruktur. Jedes Atom ist dabei im Kristallgitter von vier anderen umgeben.


Bei der Temperatur des absoluten Nullpunktes
(-273 °C) sind alle Valenzelektronen im Gitternetz gebunden. Die Elektronen können sich daher nicht frei durch den Kristall bewegen und die Leitfähig­keit ist praktisch gleich Null. Der Halbleiter ver­hält sich am absoluten Nullpunkt wie ein Isolator. Mit steigender Temperatur erhöht sich seine Wärme-Energie.Dadurch schwingen die Elektronen um ihre Ruhelage im Kristallgitter immer stärker hin und her, bis einzelne endlich aus ihrer Bindung ausbrechen. Es entstehen freie Elektronen, die sich durch den Kristall bewgen können, ohne an ein bestimmtes Atom gebunden zu sein. Beim Anlegen einer äuße­ren Spannung wandern diese Elektronen entgegen der Feldrichtung von der negativen zur positiven Elektrode. Der Kristall ist leitfähig geworden.

Man spricht von Eigenleitfähigkeit oder intrinsic – Leitfähigkeit. Sie ist bei Dioden (und Transistoren) unerwünscht und eine der Ursachen dafür, daß sich die Eigenschaften von Halbleitern mit der Tempe­ratur exponentiell verändern.

Das freie Elektron hat eine Lücke hinterlassen, eine unvollständige kovalente Bindung, die als Loch oder auch als Defektelektron bezeichnet wird. Dieses Loch stellet ebenfalls einen beweglichen Ladungsträger dar, und zwar einen Positiven.

Wenn ein Loch durch die Abwanderung eines Elektrons entstanden ist, so kann ein Elektron von einem Nachbaratom dieses Loch leicht füllen, indem es eine kovalente Bindung löst und zum anderen Atom überspringt. Damit entsteht wieder ein Loch, allerdings an einer andern Stelle. Dieser Vorgang wird Löcherwanderung genannt.

Im Halbleiterkristall gibt es also zwei verschiedene Leitungsmechanismen miteinander entgegengesetz­ter Bewegungsrichtung. Beim Anlegen einer äußeren Spannung wandern die Elektronen zum positiven Pol, die Löcher oder Defektelektronen zum negativen. Wichtig ist je­doch, daß Löcherstrom und Elektronenstrom nicht das Gleiche ist. Da nämlich die effektive Masse der Löcher größer ist, als die der Elektronen, ist auch die Beweglichkeit kleiner.

Spezifische Widerstand von Ge und Si im Ver­hältnis zum spezifischen Widerstand von Kupfer: (in Wcm)

In den meisten Fällen ver­wendet man jedoch halbleitende Materialien, die absichtlich gezielt verunreinigt werden. Damit wird ein Kristall im definiertem Maße stromleitend und zum sogenannten Störstellenhalbleiter. Durch Einbau von Störatomen in das Kristallgitter wird die Anzahl der freien Ladungsträger erhöht. Es werden einige 4-wertige Ge-bzw. Si-Atome durch 5- oder 3-wertige Atome ersetzt, ein Vorgang, den man dotieren nennt.

Vor dem Hinzufügen der gewünschten Verunreini­gung wird der Halbleiterkristall auf einen sehr hohen Reinheitsgrad raffiniert, denn die Menge der Fremdatome muß sehr gering bleinben – etwa 1 Fremdatom auf 106 Grund-Atome.

Neben der stark temperaturabhänigen Eigenleitfä­higkeit bekommt der Kristall jetzt eine ganz be­stimmte Störstellenleitfähigkeit.

Dotieren mit 5-wertigen Fremdatomen


Ersetzt man ein Si- oder Ge-Aton durch ein 5-wertiges Störatom dann können von den 5 Valenze­lektronen dieses Störatoms nur 4 durch die be­nachbarten Grundatome gebunden werden. Der übrig bleibende Teil des Störatomes bildet ein positiv geladenes Ion. Es ist unbeweglich und bleibt an der Stelle zurück, an der es im Gitterverband eingebaut ist.

Der Kristall wird leitend. Die Art der entstehenden Leitung nennt man Überschußleitung oder kurz n-Leitung.

Das Fremdatom, das bei diesen Vorgang Elektro­nen spendet, nennt man Donator. Donatoren sind zB. Antimon(Sb), Arsen(As) bzw. Phosphor(P).

Dotieren mit 3-wertigen Fremdatomen


Bei der Bindung eines 4-wertigen Atomes mit einem 3-wertigen Fremdatom entsteht eine Bin­dungslücke, ein sogenanntes Loch, da ein Elektron zu wenig vorhanden ist. Dieses Loch, das eine positive Ladung darstellt, hat das Bestreben, sich aufzufüllen. Ein Elektron einer benachbarten voll­ständigen Valenzbindung fällt hinein. damit ist dieses Loch aufgefüllt, es entsteht aber ein neues Loch beim benachbarten Atom. Daraus ist zu erkennen, daß auch das Loch frei beweglich ist und doch ist der Mechanismus anders, als bei n-leiten­den Material. Beim Anlegen einer äußeren Span­nung bewegen sich die Löcher in Richtung zur Kathode.

Man spricht hier von Defektelektronenleitung, Löcherleitung oder auch von p-Leitung. Die Beweglichkeit der Löcher in p-Germanium ist allerdings geringer, als die Beweglichkeit der Elektronen in n-Germanium.

In p-Germanium (bzw. Silizium) gibt es nicht nur Löcher (Majoritätsträger) sondern infolge thermi­scher Aufspaltung der kovalenten Bindung auch freie Elektronen, welche (da nur relativ wenig vorhanden) Minoritätsträger genennt werden.

Ebenso gibt es in n-Germanium (bzw. Silizium) nich nur freie Elektronen (Majoritätsträger) son­dern auch frei bewegliche Löcher (Minoritätsträger).

Die Anzahl der Minoritätsträger steigt exponentiell mit der Temperatur und bestimmt die Eigenleitfähig­keit des Störstellenhalbleiters.

(Dotieren mit 3-wertigen Fremdatomen siehe Abb. 8)

Rekombination


Befindet sich der Halbleiter auf einer hohen Tem­peratur , dann kommt es durch aufsprengen der kovalenten Bindung zur Bildung von Elektron-Loch-Paaren (Generationsprozeß). Die erzeugten freien Elektronen und Löcher bewegen sich unge­ordnet durcheinander, obwohl kein Strom fließt. Die Menge der thermisch erzeugten Elektron-Loch-Paare ist von der Temperatur und dem Halbleiter­material abghänig. Nun kann es bei der ungeordne­ten Bewegung eines Elektrons im Kristall vor­kommen, daß es einem Loch begenet, in dieses hineinfällt und wieder zu eienm gebundenen Valen­zelektron wird. Es sind also zwei Ladungsträger gleichteitig verschwunden, Diesen Vorgang nennt man Rekombination.

Im Endergebnis stellt sich ein Gleichgewichtszu­stand ein zwischen der Bildung von Elektron-Loch Paaren und deren Rekombination. Der Gleichge­wichtszustand und damit die Anzahl der freien Ladungsträger hängt von der Temperatur und dem Material ab.

Gilt aber nur im zeitlichen Mittel:

G(t)=R

G(t)…Generationsprozeß

R…….Rekombinationsrate

Der pn – Übergang


In einem Kristall, dessen eine Hälfte mit Akzepto­ren und dessen andere Hälfte mit Donatoren gedopt ist, grenzt ein p-leitender Bereich unmittelbar an einen n-leitenden. Man spricht von einem pn-Über­gang. Im p-Gebiet ist die Konzentration der be­weglichen Löcher (Majoritätsträger) groß und der beweglichen Elek­tronen (Minoritätsträger) klein. Im n-Gebiet ist es genau umgekehrt. Wegen diesem Überschuß in jeweils der beiden Materia­lien kommt es zum einem Ausgleichsvorgang:

Majoritätsträger des n-Materials (Elektronen) diffuntieren in den p-Material und erhöhen dort die Minoritätsträgerdichte (freie Elektronen).

Majoritätsträger des p-Materials (Löcher) diffun­tieren in den n-Material und erhöhen dort die Min­oritätsträger (freie Löcher).

Ausgleichsvorgang zwischen n- und p-Material nennt man Diffusion.

Durch die Diffusion jedoch lädt sich die ursprünli­che neutrale Grenzschicht auf der n-Seite positiv auf . Die p-Seite lädt sich aus denselben Gründnen negativ auf. Die Diffusion der Majoritätsträger hat also das Entste­hen einer Ladung zur Folge, die ihrerseits einer weiteren Diffusion im Wege steht und schließlich zum Stillstand bringt. Da die Ladung räumlich verteilt ist, spricht man von einer Raumladung.

Das Hindernis für die weitere Bewegung der Ma­joritätsträger in einem pn – Übergang wird mit Übergangsbarriere bezeichnet. Innerhalb des Raumladungsgebietes befindet sich auf der Seite des n-Gebietes eine positive und auf derjenigen des p-Gebietes eine negative Ladung. Diese beiden Ladungen erzeugen die sogenannte Potential­schwelle. Die Dicke der Sperrschicht hängt von der Dotierung ab. Ist die Dotierung schwach, so kommt die Diffusion erst bei einer wesentlich breiteren Sperrschicht zum Stillstand, als dies bei einem hohen Dotierungsgrad der Fall ist. Mit stär­ker werdender Dotierung geht das Verhalten des pn-Überganges schließlich in das Verhalten eines Leiters, mit schwächer werdender Dotierung geht das Verhalten des pn-Überganges schließlich in das Verhalten eines reinen Halbleiters (Eigenleitung) über. Sie beträgt bei Ge 250 mV und bei Si 600 mV. Der genaue Wert der Diffusionsspannung hängt vom Dotierungsgrad und der Sperrschicht­temperatur ab. Das Material außerhalb des Raumladungsgebietes hat zwar viele Majoritäts­träger, ist aber elektrisch neutral.


(Kurzfassung: Diffusion – Verarmungszone – Überbleiben von festen Ladungsträgern in der Raumladungszone – Ausbildung eines elektrischen Feldes – Stoppt den Diffusionsvorgang)


Ein Silizium Kristall wird auf beiden Seiten mit geer­deten Elektroden versehen. Links ist er mit 3-wertigen Element (Aluminium) und rechts mit 5-wertigen Ele­ment (Phosphor) dotiert. Das Aluminium wirkt in dem 4-wertigen Silizium als Akzeptor A- . Links stellt sich also eine Defektelektronkonzentration


p = pp» nA-


ein; denn für Gebiete, die von der Stoßstelle der Dotie­rungen weit entfernt sind, ist Neutralität zu fordern und die Ladungen der positiven Defektelektronen und der negativen Akzeptoren müssen sich kompensiern. Rechts liegt entsprechend eine Elektronenkonzentrati­on


n = nn » nD+


vor. Die Konzentrationen nA- und nD+ der Akzepto­ren A- und der Donatoren D+ betragen in der Praxis 1013…1019 cm- 3. Links sind aber nicht nur Defekt­elektronen vorhanden. Im thermischen Gleichgewicht gilt das Massenwirkungsgesetzt


n*p = ni2


, wobei ni die Eigenleitungsdichte ist.

Neben der Defektelektronenkonzentration stellt sich durch das Gegeneinander von thermischer Neuerzeu­gung und Wiedervereinigung eine Elektronenkonzen­tration ein:


np = n i2/ pp » n i2/nA-


(siehe auch Abb. 12 bis 15)


Es wird an den linken p-Teil des Gleichrichters eine positive Spannung UDu gelegt,während das Potential des rechten n-Teils durch Erdung festgehalten wird (Abb. 16). Die Poten­tialstufe beträgt jetzt nicht mehr VD, sondern nur noch VD – UDu. Damit die Potentialschwelle kleiner wird, muß auch die erzeugende Raumladung verklei­nert werden. Die Dichte dieser Raumladung ist aber im wesentlichen durch die unveränderlichen Konzen­trationen nD+ und nA- der unbeweglichen Donatoren D+ und Akzeptoren A- gegeben; denn die beeinflußba­ren Konzentrationen n und p der beweglichen Elek­tronen und Defektelektronen sind in dem wesentlichen Teil der Raumladung vernachlässigbar klein.

Wenn die Dichte der Raumladung nicht verkleinert werden kann, muß ihre Breite verkleinert werden. Die Konzentrationen p und n müssen also ihre Neutral­werte


pp » nA- und nn » nD+


weiter zur Mitte hin beibehalten als vorher im strom­losen Zustand (Abb. 17). Das kommt folgendermaßen zustande: Die Potentialerhöhung am linken Ende des Gleichrichters treibt die positiven Defektelektronen des p-Teils von links nach rechts, also auf die Raum­ladungszone zu. Die negativen Elektronen des rechten n-Teils werden von der linken positiven Elektrode an­gezogen und fließen also auf die Raumladungszone zu. Beide Konzentrationen n und p wachsen in der Über­ganszone (Abb. 17). Ihr Verlauf ist nicht mehr sym­metrisch zur Horizontalen ni. Daraus geht hervor, daß jetzt das Produkt n*p größer ist als sein stationärer Wert ni2, den es nach dem Massenwirkungsgesetzt


n*p = ni2


im thermischen Gleichgewicht hat.

Bei Stromdurchgang herrscht aber nicht thermisches Gleichgewicht. Ein neuer stationärer Zustand stellt sich erst ein, wenn die von beiden Seiten in den pn-Übergang hineinströmenden Träger durch einen Über­schuß der Rekombinationsrate r*n*p über die Genera­tionsrate r*ni2 gerade aufgenommen werden:

r = Wiedervereinigungskoeffizienzt in cm-3 s-1


R= R*(n*p-ni2).


Im übrigen geht hervor, daß die Gesamtstromdichte iDu ganz links als Defektelektronstromdichte ip und ganz rechts als Elektronenstromdichte in geführt wird (Abb. 18).

Berechnung der Raumladugszone (RLZ)


Für die RLZ wird angenommen, daß die Raumladung ausschließlich aus den unbeweglichen ionisierten Dotierungsatome gebildet wird. Die gesamte Raumladungsdichte ge­geben ist durch


g = e*(ND – NA).


Man nennt die durch diese Annahme entstehende Näherungslösung Verarmungs-Näherung, da oder Schottkysche Parabelnäherung, da der Potentialverlauf nach zweimaliger Integration über konstant ange­nommene Raumladungsdichte eine Parabel ist.

Mit dieser Annahme gelten für die (eindimensional angenommene) RLZ folgende Ausgangsgleichungen:

(1)



e = Dieelektrizitätskonstante [F/m]

q = Elektrische Ladung [C]


Mit den Bezeichnungen nach Abb. 9 erhält man:

(2)


Die Größe Em ist die maximale Feldstärke in der RLZ. Damit das elektrische Feld außerhalb der Raumladunszone verschwindet, muß die Gesamt­ladung der RLZ Null sein, also:


(3)

(4)


Die Potentialdifferenz ist die Fläche unter der Feld­stärke (mal -1):


(5)

Man erhält daraus die maximale Feldstärke Em und die Länge der Raumladungszone


l=lp + ln


als Funktion der angelegten Spannung U:


(6)


(7)

(8)


Aus den Gln. (6) und (7) sowie Abb. 1 erkennt man, daß bei gegebener Spannung U mit steigender Dotie­rung die Länge der Raumladunszone sinkt und die Feldstärke steigt.

Für gegebene Dotierung sinkt die Länge der Raumla­dungszone mit steigender Spannung; dies ist in Abb. 10 veranschaulicht. Bei einer Spannungsänderung entsteht eine mit der Längenänderung verbundene Ladungsänderung, um die Grenze zwischen neutraler Zone und Raumladungszone zu verschieben. Der Quotient
DQ/DU ist die Raumladungs- oder Sperrschichtkapazi­tät Cs. Ihre Berechnung ergibt:

(9)


Dies ist die Kapazität eines Plattenkondensators mit dem Plattenabstand l (gleich Weite der Raumladungs­zone). A ist der Querschnitt des pn-Überganges. Abb. 11 zeigt die Kleinsignalsperrschichtkapazität als Funktion der Spannung. Für U ® UD gilt die Schott­kysche Parabeländerung nicht mehr, da l ® 0 geht und die Verarmungs-Länge nicht mehr gegen l ver­nachlässigt werden kann.

In Sperrichtung gepolte Diode





Wird die n-Seite positiv gegen p-Seite vorge­spannt, dann werden die freien Ladungsträger von der Grenzfläche fort zu den Elektroden gezogen. Die Grenzschicht verbreitet sich und verarmt gleichzeitig an freien Ladungsträgern. D.h. die sogenannten Majoritäts­träger (Elektronen im n-Gebiet, Löcher im p-Ge­biet) können die Grenzschicht nicht überwinden ( die Grenzschicht sperrt). Letzteres gilt allerdings nicht für die Minoritätsträger thermischen Ur­sprunges (Löcher im n-Gebiet, Elektronen im p-Gebiet). Diese wwrden über die Grenzfläche ge­trieben. Es kommt zu einem Minoritätsträgerstrom, den man Sperrstrom nennt.

Je stärker man dotiert desto kleiner ist der Sperr­strom, außerdem ist er bei Si-Dioden etwa um den Faktor 100-1000 kleiner, als bei vergleichbaren Ge-Dioden. Der Sperrstrom ist praktisch unabhä­nig von der angelegten Spannung, steigt aber mit der Temperatur exponentiell an.


Lp, Ln =Diffusionslänge

tp, tn = Minoritätslebensdauer

e =Elementarladung

A =Fläche des Überganges

In Durchlaßrichtung gepolte Diode



Durch Anlegen einer äußeren Spannung werden die Majoritätsträger aufeinander zugetrieben. Die Grenzschicht (Raumladunszone) wird mit La­dungsträgern überschwemmt und ihre Potential­schwelle abgebaut. dadurch wird sie gut leitend, außerdem nimmt ihre Dicke ab. Nach überwinden der Diffusionsspannung (zB. Si 0,7V) leitet der pn-Übergang.Majoritätsträger können jetzt die Ram­ladungszone überqueren (da die Raumladugszone niederohmiger wird). Teilweise rekombiniern sie miteinander. An der Kathode kommen praktisch nur Elektronen an und an der Anode nur Löcher. Der Löcherstrom wird an dieser Elektrode wieder in einen Elektrodenstrom umgewandelt. Der jetzt fließende Strom wird Durchlaßstrom genennt. Er ist weniger von der Temperatur abhänig als der Sperrstrom, steigt aber mit abgelegten Spannung exponentiell an.



Anhang A: Bilder



Literaturverweise: R. Müller: Grundlagen der Halbleiter-Elektronik 1, Springer

R. Müller: Bauelemente der Halbleiter-Elektronik 2, Springer

R. Müller: PN-Übergänge 5, Springer

Bauer, Wagner: Bauelemente und Grundschaltungen der Elekronik; Hanser

Der Autor hat leider keine Quellen genannt.

Direktor Schulnote.de

Anna

Autor dieses Referates

Informatik
Schulfach

0 .
Klasse - angegeben vom Autor
0 ,0
Note - angebenem vom Autor


0,00

Note 6Note 5Note 4Note 3Note 2Note 1
Welche Note gibst Du?

Loading…
0
Aufrufe deses Referates
0
lesen gerade dieses Referat

TCP IP-Protokolle und Dienste
Edward Albee
Milben
Mitochondrien
Viren
AIDS Aufbau des HIVirus
Erkenntnisse über AIDS
Was ist AIDS
Alkohol und der Mensch
Aufbau und Wachstum Bakterien
Darstellung verschiedener Sehsysteme
Termiten – Isoptera
Das Auge
Natürliche Zuchtwahl
Funktion des Gehörsinnes
Das menschliche Gehirn
Der Gedanke der Urzeugung
Diabetes Zuckerkrankheit
Die Tropen
Dinosaurier
Elektrosmog
Gentechnik in der Landwirtschaft
Hormone
Parthenogenese
Anatomie des Kehlkopfes
Kommunikation von Bakterien
Konrad Lorenz Verhaltensforscher
Entstehung von Krebs
Ökosysteme in der Tiefsee
Parasitismus
Beschreibung einzelner Parasitenarten
Pest im Mittelalter
Photosynthese
Heroin
Ringelwürmer
Gentechnologie Grundlagen
Alternative Landwirtschaft
Die Medizin im antiken Rom
Der Traum und die Traumpsychologie
Die chemische Bindung
Bohrsches Atommodell
Brom Eigenschaften
Halogene
Der pH-Wert – pH Messtechnik
Chemische Schädlingsbekämpfung
Atomvorstellungen
Benzin
Fettverseifung
Kalk
Natronlauge Sodaherstellung
Grundlagen der Nuklearphysik
Fotographie
Entdeckung des Atoms
Gegenwartsliteratur der Mythos
Das Ikosaeder
Parallele Programmabläufe
Burleske
Alfred Andersch Literaturbesprechung
Besuch der alten Dame
Biographie Erich Kästners
Friedrich Dürrenmatt Literaturbespr…
Georg Büchner Literaturbesprech…
Wolfgang Borchert Literaturbesprechung
Bertolt Brecht Literaturbesprechung
Friedrich Hebbel Literaturbesprechung
Biographie Johann Nepomuk Nestroy
Ernst Theodor Amadeus Hoffmann Liter…
Max Frisch Literaturbesprechung
Die Blechtrommel
Die Bürger von Calais
Carmen Literaturbesprechung
Das Cafe der toten Philosophen
Eichendorff-Marmorbild
Das Tagebuch der Anne Frank Lietratu…
Demian
Der abenteuerliche Simplicissimus
Der Begriff Heimat
Der einsame Weg
Der Name der Rose – Umberto Ecos
Der Realismus
Der Talisman
Georg Büchner Dantons Tod
Deutsche Satire – Vertreter
Die Angst des Tormannes vor dem Elfm…
Die letzten Kinder von Schewenborn
Die Schwarze Spinne
Das Leben des Galilei – Brecht
Draußen vor der Tür
Effi Briest
Emil Kolb
Emil Erich Kästner
Expressionismus
Friedrich Dürrenmatt – Der Verdacht
Ferdinand Raimund
Die Feuerprobe
Fräulein Else
Frauenliteratur
Frühlings Erwachen Literaturbesprec…
The Good Earth
Gegenströmungen zum Naturalismus
Generationenkonflikt in der Literatur
Nicht alles gefallen lassen
Egmont
Goethe als Wissenschaftler
Franz Grillparzer
Hackl Erich
Heinrich Heine
Hermann Hesse Jugend
Homo Faber – Der Steppenwolf
Hugo von Hofmannsthal
Heinrich von Kleist
Henrik Ibsen
Ich bin ein Kumpel
Die Insel des vorigen Tages
Kafka Literaturverzeichnis
Franz Kafka – Das Schloss
Biographie von Franz Kafka
Klassik Literaturbesprechung
Lange Schatten
Gotthold Ephraim Lessing
Liebelei
Literatur der Arbeitswelt
Zeitkritische Literatur im 1. Weltkr…
Literaturmappe Gottfried Keller und …
Biedermeier
Johann Wolfgang von Goethe
Hermann Hesse
Max Frisch Biografie
Analyse Monolog von Faust
Trostlose Monotonie eines Arbeitsall…
Nathan der Weise – Die neuen Leiden…
Neue Sachlichkeit
Nicht nur zur Weihnachtszeit
Ödön von Horvath
Peter Handke
Peter Schlemihls wundersame Reise
Der Prozeß – Franz Kafka
Goerge Orwell 1984
Romantik
Romantik 1795-1835
Friedrich Schiller
Friedrich Torberg – der Schüler
Spielplatz der Helden
Sturm und Drang
Katherine Mansfield: The Dolls House…
Kurt Tucholsky
Unterm Rad von Hemann Hesse
Zukunftsvisionen – Utopien
Vergangenheitsbewältigung
Von Mäusen und Menschen
Vormärz, Junges Deutschland
Richard Wagner
Weh dem der lügt
Bürgerlicher Realismus
1984 – Orwell
Reise um die Erde in 80 Tagen
Maturavorbereitung – Deutsch
Wiener Aktionismus
Analyse rhetorischer Texte
Antike
Arthur Schnitzler Werke
Die Aufklärung
Bertolt Brecht Biographie
Heinrich Böll
Macht der Boulevardpresse
Brennendes Geheimnis
Chagall Biografie und Werke
Mutter Courage und ihre Kinder
Wiener Biedermeier
Datenautobahn
Der Kriminalroman
Die Ehe des Herrn Mississippi
Die Globalisierung
Ilse Aichinger – Die größere Hoffn…
Die Judenbuche – Annette von Droste-…
Die Rolandsage
Dshamilja Tschingis Aitmatow
Friedrich Dürrenmatt Lebenslauf
Dürrenmatt und die Komödie
Die Eisenbahn
Der Expressionismus
Werner Bergengruen – Die Feuerprobe
Franz Kafkas Lebenslauf
Frühlingserwachen von Frank Wedekind
Geschichte des Internets
Die Presse und das Pressewesen
GreenPeace Referat
Der Trend zur Globalisierung
Hermann Hesse Biographie und Werke
Hermann Hesse Kinderseele
Ödön von Horvath – Jugend ohne Gott
Johann Wolfgang von Goethe wichtigst…
Der kaukasische Kreidekreis
Lebenslauf Milan Kundera
Bildende Kunst
Das Drama
Literatur im Mittelalter
Deutsche Literatur im Mittelalter
Literarische Entwicklung ab 1945
Gerhart Hauptmann Biographie
Medienkunde
Die Merowinger
Naturalismus – Hauptvertreter
Naturalismus Hintergrund
Die neuen Rechtschreibregeln
Die Nibelungen Sage
Olympische Spiele
Richard Wagner Parsifal
Realismus
Die Rede
Sansibar
Friedrich Schiller – Don Carlos
Die Welt der Science Fiction
Der Gute Mensch von Sezuan – Brecht
William Shakespeare Biographie
Siddharta
Theodor Fontane – Der Stechlin
Stefan Heym Schwarzenberg
Steppenwolf Hermann Hesse
The Lord of the Rings
Utopien in der Literatur
Ferdinand von Saar Biographie
Warten auf Godot
Wolfgang Borchert Lebenslauf
Wilhelm Tell – Schiller
Wirtschaftsordnungen
Die Verantwortung des Wissenschaftler
Literatur in der Zwischenkriegszeit
Preußen – Gescheiterte Revolution v…
Interviewtechniken Ideenfindung
Nationalsozialismus – Faschismus
Die griechischen Sagen
Die 68er Bewegung
Ernst Theodor Wilhelm Hoffmann – s…
Die Klassik Literatur
Zustandekommen von Vorurteilen
Arbeitslosigkeit
Kollektives Arbeitsrecht
I2C am 80C552 Microprozessor
Cray-Code-Zähler
Hardware für Digitale Filter
Adressierungsarten
Fehlersuche auf Integrierten Schaltk…
Grundschaltungen des JFET
Interrupts
Feldeffekttransistor – JFET
Logikfamilien
Logische Elektronik
Luftdruckmessung
Dimmerschaltung
Temperaturmessung
IEC-Bus – comp.gest Meßsystem
Messwertaufnehmer
Serielle Datenübertragung
Fuzzy-Logic
Amerikas Westen
Umweltbewusste Energiegewinnung
Zusammenfassung Globalisierung
Bundesrepublik Deutschland
Artificial Intelligence
Doing Business in Japan
Production Technique
Mount Everest – Kilimanjaro – Mc Kin…
New Zealand – Land of the Kiwi
All quiet on the western front
All the kings men
Animal Farm
Animal Farm – Georg Orwell
Tolstoy Anna Karenina
Rain Man
The Call of the Wild
The Catcher in the Rye
Ernest Hemingway For Whom the Bell T…
Count Zero
John Briley Cry Freedom
One Flew Over the Cuckoo s Nest
Marylin Sachs The Fat Girl
William Faulkner As I lay dying
A Farewell to Arms
The invisible man
John Knowles A seperate Peace
A midsummer nights dreamA midsummer …
Of Mice and Men
Harry Sinclair Lewis Babbitt
The House of the Spirits
Little Buddha
The Pearl
Walkabout
Acid Rain
Principles of Marketing – Advertising
Alcohol and Tobacco
Australia
Bill Gates Background information
England and the English
Finance in Britain
Canada
The development of letters and books
Drug Takers
Engines
The Future
The Existence of God
Expert Systems Artificial Intelligence
The first art
The beauty of fractals
From Gliders to Rockets
George Orwell Nineteen Eighty-fou
Heat Treatment of Steel
Hemp
Histroy of the English language
Television
Divided Ireland
Nineteen eighty-four
Production of Iron
Television
The Channel Tunnel
The Client
Internet
The moving finger
The Red Pony
The X-Files
Tombstone
Voices Across the Earth
Kurt Vonnegut
Wire Pirates
Collection of english workouts
Investing in poeple
Economic backgrounds of the Gulf cri…
American Revolution
Virgil The Aeneid
Autism
Die Schweiz
Die sieben Weltwunder
Der Alpentransit
Das Sonnensystem
Die Sterne
Bevölkerungsproblem Chinas
Bodenkundewissenschaften in der 3.Welt
Prachtstraßen in Wien
Paris
Endogene Kräfte – Vulkane
Energie – Gestern Heute Morgen
Entstehung des Erdöls
Japan – Geographische Daten
Entstehung von Erdbeben
Geologie Österreichs
Grönland
Geschichte der Agrarwirtschaft
Ökologische. Belastungen d. Tourismus
Polarlichter
Vulkanismus
Berliner Mauer
Computer im Militärwesen
Demokratie – Ursprung und Entwicklung
Das Burgenland in der Zwischenkriegs…
Die industrielle Revolution in Deuts…
Vormärz Metternichsche Staatensystem
WBRS-Referat Gerichtsbarkeit
Wiener Kongress Metternichs Polizeis…
Der Erste Weltkrieg
der erste Weltkrieg
Der Erste Weltkrieg
Der 2.Weltkrieg
Kriegsverlauf von 1942-1945
Geschichte ab 1848
Alexander der Große
Wien in der Donaumonarchie
Der amerikanische Sezessionskrieg
Weltbilder
Verfassungsstaat – Ausgleich mit Ung…
Außenpolitik unter Adolf Hitler
Die Geschichte der Südslawen am Bal…
Balkankonflikte
War in Bosnia – Herzegowina – a review
Biologische Kriegsführung
Bundeskanzler Engelbert Dollfuß
Cäsars gallische Ethnographie
Geschichte Chinas
Christenverfolgung im Römischen Reich
Rettung der dänischen Juden
Das faschistische Italien
Tatsachenbericht des jüdischen Gesc…
Der Aufstieg Japans
Der Golfkrieg
Der kalte Krieg
Der Nahostkonflikt
Der spanische Bürgerkrieg
Der Deutsche Widerstand
Die zweite Republik
Österreich unter den Babenbergern
Die französische Revolution
Geschichte Frankreichs
Die Kelten
Die lateinische Sprache
Die Phönizier
Die Schlacht von Stalingrad
Die Westslawen
Widerstand gegen Hitler und das At…
Ende des Kolonialsystems in Afrika
Die Ausbildung der Konfessionen
Die Entwicklung im nahen Osten
Faschismus und Nationalsozialismus
Judenverfolgung
Kosovo
Die Geschichte Der Atombombe
Geschichte Jugoslawiens
Griechenland – geographisch und öko…
Griechenland vor den Perserkriegen
Die Grund- und Freiheitsrechte
Die Freiheitlichen und Rechtsextremi…
Die indianischen Hochkulturen Amerikas
Der Imperialismus
Deutsche Kolonien
John Fitzgerald Kennedy
Judenverfolgung der NSDAP
Jugend unter dem Hakenkreuz
Jugend, Schule und Erziehung im 3. R…
Das Königtum im Mittelalter
Geschichte Koreas vor dem 2. WK
Der Koreakrieg
Lebenslauf von Adolf Hitler
Das Lehnswesen im Mittelalter
Das Erbe des Mittelalters und der We…
NATO Referat
Otto von Bismarck
Pariser Vorortverträge
Der Fall Barbarossa
Pol Pot
Der Faschismus in Rom
Das sowjetische Experiment
Die Russische Revolution von 1917
Rolle der Schweiz im zweiten Weltkrieg
Die SS und ihr Krieg im Westen
Die Trajanssäule
Die Außenpolitik der USA
Der Erste Weltkrieg
Die Wandmalerei Kalk
Alexanders Weg zur Größe
Der Erste Weltkrieg
Zentralisierung Entstaatlichung NS R…
Zivilgerichtsbarkeit
Wie sich der Mensch aus dem Tierreic…
Bürgertum in Frankreich im 18. Jahr…
Die Europäische Union – EU
Geschichte – Die Entstehung von Hoc…
China
Die Ringstraße
Islamische Kunst in Spanien
Die Römer und die Philosophie
Augustinus – Kirchenvater und Philos…
UHF–und-Mikrowellen-Messtechnik
Datenübertragung – Begriffe
Compilerbau
Datenbankserver – SQL
Großrechner
Kryptologie
Magnetspeicher
Instrumentationen und Schnittstellen
Optische Nachrichtensysteme mit Lich…
Monitore und Grafikkarten
Netzwerktechnik
Windows NT Ressourcenverwaltung
Objektorientierte Programmierung
Plotter und Drucker
AMD-K6-III Prozessor
Einführung in die fraktale Geometrie
Matura Mathematik
Mathematik Zusammenfassung
Mathematik der Funktionen
Funktionen Mathematik
Wahrscheinlichkeitsrechnung
Maturamappe Mathematik
Referat-Albert-Einstein
Alternativenergiegewinnung
Doppler-Effekt
Der-Delphi-Report
Grundlagen-zum-Thema-Strom
Gravitationsfeldstärke
Optik-Referat
Kernfusion–Wasserstoffbombe
Laser
Die-Quantentheorie
Der-Stirlingmotor
Sternentwicklung
Antimaterie
Kernspaltung
Batterien-Akkumulatoren
Explosivstoffe
Flammenfärbung-Feuerwerke
Natürliche-Radioaktivität
Modell-für-elektrische-Leitungsvorg…
Photographie
Radioaktivität
Raketenantriebe
James-Joyce-The-Dead
Reibung
Der-Saturn
Solarzellen
Kommutierung
Photovoltaik
Schwingungen-und-Wellen
Chaos
Liturgiegeschichte
Die Spieler im Systemspiel
Schutz für Dateien
Aufwandschätzung
Ausgeglichene Bäume
AVL-Bäume
Betriebssysteme
Binäre Bäume
Der Algorithmus von Bresenham
Computerviren
Concurrency-Problem
3D-Grafik

Insgesamt 513 Referate von Anna

YKM.de ✔ Quickly Shorten Url

YKM.de ✔ Quickly Shorten Url

ykm.de/SN_Inf_5295

Diese short-URL bringt Dich direkt zu  Biographie Referate auf schulnote.de.
Teile Sie mit Deinen Freunden.

Diese Suche hilft Dir, alles auf den Seiten von schulnote.de zu finden. In den Schulfächern kannst du Deine Suche verfeinern, in dem Du die Tabellensuche verwendest.