| Autor |
Nachricht |
Dalton
Anmeldungsdatum: 19.12.2007
Beiträge: 45
|
 Dalton Verfasst am: 10. Jun 2008 14:08 Titel: pn-Übergang - Verständnisfragen |
 |
|
Hallo liebe Forumsgemeinde,
im Folgenden lege ich mein vorhandenes Verständnis des pn-Übergangs dar. Einige Zusammenhänge sind mir noch nicht ganz verständlich.
Ein pn-Halbleiter setzt sich aus zwei Komponenten zusammen: einem n-dotierten Leiter und einem p-dotierten Leiter. Beide Bestandteile sind dabei nach außen hin neutral, da die Anzahl positiv geladener Protonen der Anzahl negativ geladener Elektronen entspricht. Bei Aneinanderlegung der beiden Halbleiter setzt der Vorgang der Rekombination ein. Im n-Leiter ist eine bestimmte Anzahl freier Elektronen vorhanden, anolog beim p-Leiter eine bestimmte Anzahl von Defektelektronen.
Nun wird jeweils ein Elektron im n-Leiter von einem positiven Loch im p-Leiter angezogen und füllt die Fehlstelle. Durch die Diffusion der Elektronen wird der p-Leiter negativ geladen, und der n-Leiter positiv.
Je größer die Differenz der Hauptgruppen, denen der Donator bzw. der Akzeptor angehört, desto unterschiedlicher muss der Ladungsunterschied sein.
1. Ist mein bisherigen Verständnis richtig?
2. Was ist nicht nachvollziehen ganz, die Entstehung einer Grenzschicht. Warum und wie kommt eine Grenzschicht zustande ? (?!)
3. Gehe ich richtig in der Annahme, dass der pn-Übergang als Spannungsquelle fungieren kann? |
|
 |
dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
|
| dermarkus Verfasst am: 10. Jun 2008 15:48 Titel: Re: pn-Übergang - Verständnisfragen |
|
|
| Dalton hat Folgendes geschrieben: |
1. Ist mein bisherigen Verständnis richtig?
|
Deine bisherige Beschreibung ist nicht falsch. Vielleicht ist dein Verständnis dazu aber noch nicht ganz vollständig, das merkst du ja am besten selbst noch daran, wenn hier und da noch Fragen für dich offen sind.
| Zitat: |
2. Was ist nicht nachvollziehen ganz, die Entstehung einer Grenzschicht. Warum und wie kommt eine Grenzschicht zustande ? (?!)
|
Durch das, was du oben als "Vorgang der Rekombination" bezeichnet hast. Elektronen hüpfen aus dem n-Leiter rüber in den p-Leiter und füllen dort die "Defektelektronen" (="Löcher") auf.
| Zitat: |
3. Gehe ich richtig in der Annahme, dass der pn-Übergang als Spannungsquelle fungieren kann? |
Wenn man Licht draufstrahlt, dann nennt sich das Photodiode. Das wäre dann eine Stromquelle. Meintest du das? |
|
|
Dalton
Anmeldungsdatum: 19.12.2007
Beiträge: 45
|
| Dalton Verfasst am: 12. Jun 2008 20:24 Titel: |
|
|
Dankeschön! Aber
1. In meinem Lehrbuch steht, dass der Vorgang der Rekombination wegen der natürlichen thermischen Bewegung der Atome einsetzt? Warum das Schwingen der Atome von Bedeutung ,ob die Elektronen diffundieren oder nicht?
2. Weiterhin ist Folgendes beschrieben im Falle, dass eine Halbleiterdiode in Sperrrichtung geschaltet wird:
"Innerhalb der Sperrschicht befinden sich aber noch Minoritätsträger: im n-Halbleiter wenige bewegliche Löcher und im p-Halbleiter wenige bewegliche Elektronen. Für diese Minoritätsträger wirkt die angelegte Spannung nicht sperrend, vielmehr bewirkt sie einen kleinen Stromfluss der Minoritätsträger."
- In der Grenzschicht sind doch Elektronen des n-Leiters mit Löchern des p-Leiters rekombiniert. Dadurch sind die Atome zwar ionisiert, alle Elektronenpaarbindungen aber gefüllt und demnach doch keine Ladungsträger vorhanden. Wie kann dann von obigem die Rede sein?
- Ich würde es wenn überhaupt, dann sogar umgekehrt formulieren: Im n-Leiter sind Leitungselektronen vorhanden, im p-Leiter Löcher. Bei besagter Polung müssten nun die Elektronen des n-Leiters mit den Löchern des p-Leiters rekombinieren. Damit würde auch das eintreten, was mein Lehrbuch beschreibt: die Grenzschicht verbreitert sich.
Zuletzt bearbeitet von Dalton am 12. Jun 2008 20:37, insgesamt 2-mal bearbeitet |
|
|
dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
|
| dermarkus Verfasst am: 12. Jun 2008 20:28 Titel: |
|
|
Noch genauer ist es natürlich hier die thermische Bewegung der Elektronen, die hier konkret Auswirkungen hat.
Aber wenn die Atome thermisch zappeln, dann tun das ja dementsprechend die beweglichen Elektronen auch  |
|
|
Dalton
Anmeldungsdatum: 19.12.2007
Beiträge: 45
|
| Dalton Verfasst am: 12. Jun 2008 20:33 Titel: |
|
|
Hey, danke für die schnelle Antwortung.
Ich habe meinen vorherigen Post ergänzt.
| Zitat: | | Noch genauer ist es natürlich hier die thermische Bewegung der Elektronen, die hier konkret Auswirkungen hat. |
Hhmm, das überzeugt mich irgendwie nicht.
Es wirken doch elektrische Kräfte (positive Löcher - negative Elektronen) zwischen den Ladungsträgern, die sie rekombinieren. Und damit müsste die Rekombination auch beim absoluten Nullpunkt stattfinden.[/code] |
|
|
dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
|
| dermarkus Verfasst am: 12. Jun 2008 20:39 Titel: |
|
|
| Zitat: |
- Ich würde es wenn, dann sogar umgekehrt sagen.Im n-Leiter sind Leitungselektronen vorhanden, im p-Leiter Löcher. Bei besagter Polung müssten nun die Elektronen des n-Leiters mit den Löchern des p-Leiters rekombinieren. Damit würde auch das Eintreten, was mein Lehrbuch beschreibt: die Grenzschicht verbreitert sich. |
Einverstanden, das ist zunächst mal der normale Effekt.
| Zitat: |
- In der Grenzschicht sind doch Elektronen des n-Leiters mit Löchern des p-Leiters rekombiniert.
|
In grober Näherung, ja. Wenn man aber genauer hinschaut und genauer misst, dann merkt man, dass dort nur fast alle freien Elektronen und Löcher kombiniert sind. Der kleine Rest an frei beweglichen Minoritätsladungsträgern (Löcher im n-Leiter und Elektronen im p-Leiter) macht den kleinen Sperrstrom. |
|
|
Dalton
Anmeldungsdatum: 19.12.2007
Beiträge: 45
|
| Dalton Verfasst am: 12. Jun 2008 20:49 Titel: |
|
|
| Zitat: | | [...](Löcher im n-Leiter und Elektronen im p-Leiter) macht den kleinen Sperrstrom. |
Ja, aber im n-Leiter sind doch durch die Dotierung zusätzliche Elektronen vorhanden und im p-Leiter zusätzliche Löcher. Bzw. wie sollen denn plötzlich im n-Leiter Löcher vorhanden sein (und umgekehrt)?
Zuletzt bearbeitet von Dalton am 12. Jun 2008 20:50, insgesamt einmal bearbeitet |
|
|
dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
|
| dermarkus Verfasst am: 12. Jun 2008 20:49 Titel: |
|
|
| Dalton hat Folgendes geschrieben: |
Es wirken doch elektrische Kräfte (positive Löcher - negative Elektronen) zwischen den Ladungsträgern, die sie rekombinieren. Und damit müsste die Rekombination auch beim absoluten Nullpunkt stattfinden. |
Die elektrischen Anziehungskräfte, von denen du sprichst, können erst anfangen, die Elektronen und Löcher zum Rekombinieren zusammenzubringen, wenn die Elektronen bzw. Löcher bereits die Energiebarriere zwischen n-Leiter und p-Leiter übersprungen haben.
Und um per Diffusion über diese Barriere drüberzukommen, brauchen sie die thermische Energie, mit denen sie zappeln. |
|
|
dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
|
| dermarkus Verfasst am: 12. Jun 2008 20:51 Titel: |
|
|
| Dalton hat Folgendes geschrieben: | | Zitat: | | [...](Löcher im n-Leiter und Elektronen im p-Leiter) macht den kleinen Sperrstrom. |
Ja, aber im n-Leiter sind doch durch die Dotierung zusätzliche Elektronen vorhanden und im p-Leiter zusätzliche Löcher. |
Das sind die Sorte Ladungsträger, die in der Mehrheit sind, die sogenannten Majoritätsladungsträger.
Von der entgegengesetzten Sorte gibt es auch Ladungsträger darin, wenn auch viel weniger. Weil sie in der Minderheit sind, nennt man sie Minoritätsladungsträger. |
|
|
Dalton
Anmeldungsdatum: 19.12.2007
Beiträge: 45
|
| Dalton Verfasst am: 12. Jun 2008 21:35 Titel: |
|
|
| Zitat: | | Der kleine Rest an frei beweglichen Minoritätsladungsträgern (Löcher im n-Leiter und Elektronen im p-Leiter) macht den kleinen Sperrstrom. |
| Zitat: | | Von der entgegengesetzten Sorte gibt es auch Ladungsträger darin, wenn auch viel weniger |
Gut, aber dann müssten doch auch die Minoritätsträger miteinander rekombinieren. |
|
|
dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
|
| dermarkus Verfasst am: 12. Jun 2008 22:00 Titel: |
|
|
Warum "aber"?
Warum sollte das stören oder einen Widerspruch darstellen? |
|
|
Dalton
Anmeldungsdatum: 19.12.2007
Beiträge: 45
|
| Dalton Verfasst am: 13. Jun 2008 13:59 Titel: |
|
|
|
Sie scheiden als bewegliche Ladungsträger aus und können somit keinen Sperrstrom bewirken. |
|
|
dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
|
| dermarkus Verfasst am: 13. Jun 2008 14:29 Titel: |
|
|
Ach so, du meinst, diese Rekombination wäre vielleicht so stark, dass dadurch alle Minoritätsträger wegrekombinieren, bevor sie zum Sperrstrom beitragen können, und dass es keine Prozesse gibt, die Rekombinationsverluste der Minoritätsladungstrager ausgleichen könnten?
Vielleicht lohnt es sich da einmal, sich damit zu beschäftigen, in welcher Konzentration die Minoritätsladungsträger vorliegen (im thermischen Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Rekombination), und mal zu probieren, abzuschätzen, wie groß so eine Rekombinationsrate von Minoritätsladungsträgern im Vergleich zu der Zeit ist, die sie so brauchen, um die Raumladungszone zu durchqueren. |
|
|
|
Registrieren
Login
FAQ
Suchen
