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Nachricht |
Andreas18
Anmeldungsdatum: 03.03.2024
Beiträge: 2
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 Andreas18 Verfasst am: 03. März 2024 12:44 Titel: Diodensperrrichtung ohne Löcher verstehen |
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Meine Frage:
Wie kann man ohne die Abstraktion der Löcher, sondern nur mit den Elektronen erklären, warum durch eine in Sperrrichtung geschaltete Diode kein Strom fließt?
Meine Ideen:
Wenn man an den n-Leiter den Pluspol anlegt, müssten meinem Verständnis nach alle freien Elektronen aus dem n-Leiter abgesaugt werden.
Wenn man nun an den p-Leiter den Minuspol anlegt, rekombinieren die zugeführten Elektronen im p-Leiter.
An der Grenze der beiden Halbleiter befinden sich nun in dem p-Leiter die rekombinierten Elektronen, während in dem n-Leiter wegen der positiv geladenen Atomrümpfe Elektronenmangel herrscht.
Warum werden jetzt keine (oder nur sehr wenige) rekombinierte Elektronen aus dem Valenzband des p-Leiters herausgelöst, die dann in den n-Leiter und schließlich zum Pluspol wandern?
Ich habe bereits in Betracht gezogen, dass für das Herauslösen der Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband Energie benötigt wird. Wenn man die Diode allerdings in Durchlassrichtung schaltet, werden ja auch wegen des Pluspols, der an den p-Leiter anliegt, rekombinierte Elektronen aus demselben herausgelöst. |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3400
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| ML Verfasst am: 03. März 2024 22:44 Titel: Re: Diodensperrrichtung ohne Löcher verstehen |
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Hallo,
| Andreas18 hat Folgendes geschrieben: |
Wie kann man ohne die Abstraktion der Löcher, sondern nur mit den Elektronen erklären, warum durch eine in Sperrrichtung geschaltete Diode kein Strom fließt?
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Es fließt praktisch kein Strom, weil im Bereich des pn-Übergangs keine freien Ladungsträger vorhanden sind.
Schau Dir vielleicht das mal an:
https://www.leifiphysik.de/elektronik/halbleiterdiode/grundwissen/p-n-uebergang-halbleiterdiode
und stell dann konkrete Rückfragen. Ich weiß mit den anderen Fragen, die Du gestellt hast, nicht so richtig was anzufangen.
Viele Grüße
Michael |
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Andreas18
Anmeldungsdatum: 03.03.2024
Beiträge: 2
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| Andreas18 Verfasst am: 04. März 2024 22:19 Titel: |
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Zunächst mal danke für die Hilfe.
Ich verstehe die Erklärung mit den fehlenden Ladungsträgern, allerdings versuche ich das Ganze ohne die Löcher zu verstehen, die ja nur eine Abstraktion für fehldende Elektronen sind.
Hier meine Frage nochmal möglichst auf den Punkt gebracht:
| ML hat Folgendes geschrieben: |
Es fließt praktisch kein Strom, weil im Bereich des pn-Übergangs keine freien Ladungsträger vorhanden sind.
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Der p-Leiter ist dann ja mit Elektronen gefüllt. Warum können diese Elektronen nicht aus den Bindungen gelöst werden? Dasselbe passiert doch auch, wenn die Diode richtig gepolt ist: Dann werden ja Elektronen aus dem p-Leiter wegen des Pluspols gelöst.
Ich hoffe du verstehst jetzt, was ich meine.
Mein Physiklehrer kann mir leider auch nicht weiterhelfen. |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3400
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| ML Verfasst am: 04. März 2024 23:13 Titel: |
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Hallo,
| Andreas18 hat Folgendes geschrieben: |
Ich verstehe die Erklärung mit den fehlenden Ladungsträgern, allerdings versuche ich das Ganze ohne die Löcher zu verstehen, die ja nur eine Abstraktion für fehldende Elektronen sind.
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Wieso willst du es anders verstehen als alle Fachleute, die damit arbeiten.
Löcher sind zwar tatsächlich nur fehlende Elektronen. Aber sie können sich auch bewegen, und sie verhalten sich anders als "bloß Elektronen, die sich andersherum bewegen". Die Hallspannung zeigt im p-Halbleiter beispielsweise positive Ladungsträger an.
| Zitat: |
| ML hat Folgendes geschrieben: |
Es fließt praktisch kein Strom, weil im Bereich des pn-Übergangs keine freien Ladungsträger vorhanden sind.
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Der p-Leiter ist dann ja mit Elektronen gefüllt. Warum können diese Elektronen nicht aus den Bindungen gelöst werden?
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Wenn Du p- und n-Halbleiter zusammenfügst, diffundieren aufgrund des Konzentrationsgefälles (und der von 0K verschiedenen Temperatur) Elektronen vom n-Halbleiter in den p-Halbleiter und Löcher vom p-Halbleiter in den n-Halbleiter. Dadurch lädt sich der p-Halbleiter negativ und der n-Halbleiter positiv.
Dieser Zustand ist zunächst ein Gleichgewichtszustand, bei dem sich die Diffusion von Ladungen aufgrund von Temperatur und Konzentrationsgefälle und die Rückwärtsbewegung von Ladungen aufgrund des elektrischen Feldes die Waage halten.
Es ist aber auch ein Zustand, in dem beim Grenzübergang keine freien Ladungsträger vorhanden sind und wenn -- dann nur sehr kurz.
https://de.wikipedia.org/wiki/P-n-%C3%9Cbergang#/media/Datei:Pn-junction-equilibrium-graph.svg
Die Elektronen im p-Halbleiter möchten normalerweise nicht aus den Bindungen herauskommen, weil das Energie erfordert.
Es gibt jedoch eine Art von Diode, bei denen man sie dort herausholt: Die Photodiode. Wenn ein Photon auf ein gebundenes Elektron trifft, kann seine Energie ausreichen, um ein sogenanntes Elektron-Loch-Paar zu bilden. Durch ein Photon können zwei Ladungen entstehen (ein Elektron und ein Loch), die beide zur Leitung beitragen. Bei einer normalen Diode passiert so etwas unabsichtlich beispielsweise durch Einfall von Röntgenstrahlung oder kosmischer Strahlung (bei Elektronik, die im Weltraum betrieben wird).
| Zitat: |
Dasselbe passiert doch auch, wenn die Diode richtig gepolt ist: Dann werden ja Elektronen aus dem p-Leiter wegen des Pluspols gelöst.
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Wenn die Diode in Durchlassrichtung gepolt wird, verändert man das Gleichgewicht am p-n-Übergang. Es kommen dann vom p-Halber in Richtung pn-Übergang unzählige Löcher -- so viele, dass diese bis in den n-Halbleiter kommen. Andersherum kommen vom n-Halbleiter unzählige Elektronen und diffundieren in den p-Halbleiter. Ständig rekombinieren dann im Bereich des pn-Übergangs Elektronen und Löcher unter Energieabgabe.
Jetzt willst Du wissen, weshalb bei Polung in Flussrichtung die Löcher im p-Halbleiter nicht ständig gefüllt sind.
Der Unterschied zum gesperrten Zustand ist, das ständig neue freie Ladungsträger nachgeliefert werden.
| Zitat: |
Ich hoffe du verstehst jetzt, was ich meine. |
Ich bin mir nicht ganz sicher, aber wir probieren das; sonst fragst Du weiter nach.
Viele Grüße
Michael |
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