Halbleiter haben einen spezifischen Leitwert zwischen Leitern (Metallen) und Nichtleitern (Isolatoren). Die wichtigsten Elemente sind:
Reine Halbleiter sind vierwertig, d.h. ein Atom hat vier Valenzelektronen in der äußeren Schale, mit der jeweils ein Nachbaratom gebunden wird. Es gibt auch Stoffe, die 3- oder 5-wertig sind (Al, P).
Durch Erwärmung lösen sich Atombindungen und es entstehen freie Elektronen. Der Widerstand von Halbleitern sinkt stark mit steigender Temperatur (Temperaturdrift).
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n-leitendes Material: | der Halbleiterkristall wird mit 5-wertigen P-Atomen dotiert (Phosphor)
n-Leiter besitzen freie Elektronen (senden sie aus = Donator); je mehr desto stärker sie dotiert sind (dotieren = mit Störstellen oder Fremdatomen versehen); |
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p-leitendes Material: |
der Halbleiterkristall wird mit 3-wertigen Al-Atomen dotiert (Aluminium)
p-Leiter besitzen Löcher (können Elektronen aufnehmen = Akzeptoren) |
Die Berührungsstelle einer p- und n-Schicht heißt Sperrschicht. In der p-Schicht befinden sich Löcher (Platz für ein Elektron) in der n-Schicht befinden sich freie Elektronen.
Die Löcher in der Nähe des Übergangs werden mit freien Elektronen gefüllt, damit wird sie elektrisch neutral (isolierend). So bilden sich sogenannte Elektronen-Loch-Paare.
Die Sperrschicht entsteht durch Rekombination = Ladungsausgleich von Löchern & Elektronen.
Eine Diode ist ein Halbleiterbauelement mit zwei Schichten. Sie ist praktisch ein reiner p-n-Übergang mit elektrischem Anschluss.
Bei entsprechender Polung
Sie ist ebenfalls ein p-n-Übergang aber mit großer Oberfläche.
Die Sperrschicht liegt möglichst nahe der Oberfläche. Beim Eindringen von Fotonen in die Sperrschicht werden die Elektronen-Lochpaare angeregt, und setzten dort gebundene Elektronen wieder frei.
Die Schleusenspannung US spielt nun den Anstoßeffekt für die Ladungsträger. Bei geschlossenem Stromkreis werden die freien Ladungsträger in Folge der Schleusenspannung in den Stromkreis "gedrückt".
Bildlich gesprochen rutscht also die Diodenkennlinie in Richtung Sperrstrom.
Der Diac (Diode Alternaticng Current) hat zwei p-n-Übergänge, von denen einer immer sperrt.
Bei Überschreitung der Zündspannung (ca. 30V) leitet das Bauteil ebenfalls in beide Richtungen. (die Kennlinie wird sehr steil)
Bei Anschluss an Wechselspannung entsteht bei jeder Halbwelle ein Stromimpuls. Der Diac dient zur Ansteuerung von Thyristoren und Triacs bei elektronischen Dimmerschaltungen zum Beispiel.
Die Thyristordiode hat drei p-n-Übergänge, von denen mindestens einer solange sperrt bis die Zündspannung (ca. 30V) überschritten wird. Jetzt leitet das Bauteil, wobei der Spannungsabfall am Bauteil auf die normale Schleusenspannung US eines p-n-Übergangs (siehe strichlierte Linie) einbricht. Umgekehrt sperrt dass Bauteil.
Bei Anschluss an Wechselspannung entstehen bei jeder positiven Halbwelle Stromimpulse. Das Bauteile dient zur Ansteuerung von Thyristoren.