3 Kräfte in der Diode

Rene55 · Gast

Meine Frage:
Hallo,
ich bin in der 10ten Klasse. In Physik habe ich mich gemeldet ein Refarat zu halten. Unser Lehrer sagte, dass ich herrausfinden soll welche 3 Kräfte in einder Diode eine Rolle Spielen. Eine kommt von außen - das ist der Strom - und 2 innen drinn. Welche das sind sol ich herrausfinden.
Das Problem ist Google und andere Foren liefern keine Antwort.

Danke schonmal ...

Meine Ideen:
Leider habe ich kene Idee

bishop · Moderator Anmeldungsdatum: 19.07.2004 Beiträge: 1133 Wohnort: Heidelberg

hm für die zehnte Klasse wird das ziemlich schwer zu verstehen sein, auch an der Uni scheitern viele an der Diode..
Ich versuche das mal möglicht plakativ zu erklären.

Du weisst hoffentlich, dass eine Diode aus zwei Schichten besteht, wo jeweils mehr negative und positive mobile Ladungen sind. Dort wo sich die Schichten berühren entsteht eine neutrale Sperrschicht, die mobilen Ladungsträger gleichen einander aus und es kann kein strom fliessen. Das alles passiert ohne, dass an die Diode von aussen eine Spannung angelegt wird

Die zwei "kräfte" die gemeint sind ist der Diffusionsstrom und der Driftstrom

Beim Diffusionsstrom rutschen z.B die Elektronen aus der einen Schicht über die Sperrschicht und landen in der anderen Schicht mit den Elektronenlöchern. Das passiert rein zufällig und hängt von der Aussentemperatur ab. Dadurch fehlt jetzt aber in der ursprünglichen Schicht ein Elektron, das heisst diese Schicht ist jetzt leicht positiv geladen. Diese Ladung versucht das Elektron wieder zurück zu ziehen, das Elektron driftet wieder zurück, daher der Name Driftstrom.

hoffe das hilft dir etwas

gruß, bishop

Kampus · Anmeldungsdatum: 22.01.2011 Beiträge: 14

du ich hab von den 3 Kräften der Diode keine Ahnung.
Ich weiss wie die Funktioniert wie man die Berechnet wie die Aufgebaut ist, aber doch nicht so weit in die Details....

Trotzdem hab ich auch nachgegoogelt weil ich mich total aufregen kann und bitte prüft das jemand der Ahnung hat!!!!!!!!!!!!!

Dieser Zusammenhang wird in keiner Schule Unterrichtet weder Realschule noch 2 Jährige Berufsfachschule noch als Ausbildung zum Elektroniker egal welcher Richtung. Noch in Chemie noch in Physik!
Ich bin so frei das weder die Lehrer wissen wie ne Diode richtig funktioniert da Halbleiter Technik sogar als Dr. Arbeit gibt!

Das ist aus dem Forum Link http://www.uni-protokolle.de/foren/viewt/154536,0.html

Ich versuche mal deine Frage zu beantworten. Die Diffusionsspannung entsteht durch Ladungsträgerdiffusion. Elektronen aus dem N-Halbleiter diffundieren am PN übergang ins P-Gebiet und rekombinieren dort mit den Defektstellen, dadurch lädt sich der P-HL negativ und der N-HL Positiv auf. Das dabei entstehende Elektrische Feld verhindert aber erstmal einen Stromfluss in der LED( es entsteht ein Driftstrom der in der Summe mit dem Diffusionsstrom=0 ergibt, durch die Trennung der Ladungsträger ergibt sich ein Feld und Somit eine Spannung, welche eine Funktion der konzentration der Ladungsträger ist, genaueres dazu im PPPS), nur wenn eine äußere Spannung an der Diode anliegt die größer oder gleich der Diffusionsspannung ist, fließt Strom und es ist ein konstanter Spannungsabfall von U = Ud messbar. Was passiert nun mit der zugeführten Energie durch die äußere Spannung?
Bei einer LED haben wir einen Direkten Halbleiter d.h. man kann den Kristallimpuls vernachlässigen, weil er gleich bleibt. Das bedeutet dass bei der Elektron-Loch Rekombination die freiwerdende Energie nicht an das Kristallgitter (strahlungslos) sondern strahlend als Photon freigegeben wird. Die Energie bleibt erhalten und somit gilt Energie eines Elektrons, das durch die äußere Spannung beschleunigt wird = Energie des Photons , das durch die Rekombination d.h. das Zurückfallen der Leitungsbandelektronen ins Valenzband freigesetzt wird, (dieser Effekt ist bei einem dotierten Direkten Halbleiter überwiegend). Der Spannungsabfall (also der Anteil der Spannung der die Elektronen beschleunigt) ist etwa gleich der Diffusionsspannung -> Welektr= e* Ud = Wphoton= h *f . Dein "ungefähr so groß" bezieht sich darauf dass nicht nur Rekombination sondern auch andere Effekte im Halbleiter möglich sind (Drift, Auger-Prozesse z.b.) jedoch die Wahrscheinlichkeit dafür so niedrig ist, dass du sie vernachlässigen kannst.

Fazit: Die Ursache ist somit der Energieerhaltungssatz beim direkten Halbleiter und die Tatsache dass die Diffusionsspannung etwa dem äußeren Spannungsabfall entspricht. Vernachlässigbare Effekte wie Thermische Verluste im Halbleiter, Driftströme und Auger-Prozesse sorgen für das etwa gleich.

P.S.
Diffusionsspannung*Elementarladung entspricht ja gerade der Bandlücke (Exakt: Energie die ein Elektron benötigt um die Bandlücke zu überwinden). Durch geeignete Substitution der Ladungsträger,
( also z.b bei GalliumArsenid durch ersetzen von Galliumatomen durch z.b. Aluminium), kann man die Bandlücke kleiner oder größer machen und somit die Frequenz und damit auch Wellenlänge bzw. Farbe der LED mehr oder weniger frei wählen.

P.P.S.
Wieso entsteht eigentlich genau ein Photon bei der Rekombination der Ladungsträger? Mehr Photonen entstehen nicht weil in der Quantenmechanik die "einfachsten" Reaktionen mit den wenigsten Teilchen bevorzugt werden. Mehr als "1*LeitungsbandElektron + 1*ValenzbandLoch -> Neutraler Ladungsträger + 1* Photon" kann ich dir zur Begründung nicht geben.

P.P.P.S
Letzter Nachtrag: Ud= Bandlücke/Elementarladung, wieso?
Man berechnet die Diffusionsspannung mit dem Ansatz: Driftstrom = Diffusionsstrom beim PN-Übergang -> der Driftstrom ist eine Funktion des Feldes, der Diffusionsstrom eine Funktion des Ladungsträgerkonzentrationsgradienten. Das Feld kann man durch dU/dx ersetzen und nach der Spannung auflösen.
Wenn man die Bandlücke über die Differenz der Ferminiveaus im Leitungs und Valenzband ausdrückt, erhält man durch ausnutzen der Fermi-Dirac-Verteilung und über einige Umwege wie Einführung der Zustandsdichte GENAU das selbe ergebnis wie durch den ersten Ansatz. "Anschaulich" bedeutet dies: Wenn man am PN-Übergang ein Elektron vom Valenzband ins Leitungsband heben will muss man soviel Energie aufwenden, dass dieses Elektron die entgegengesetzte Feldenergie überwindet.

vielleicht kann sich da einer der Ahnung hat damit was zusammen stellen..

Kampus · Anmeldungsdatum: 22.01.2011 Beiträge: 14

Schach dir noch das an

http://homepages.fh-giessen.de/~hg6458/nga-Dateien/nga_ht.pdf