p-n-Übergang

I

p-n-Übergang,

 

Halbleitertechnik: das Übergangsgebiet oder die Grenzschicht zwischen einem p-leitenden und einem n-leitenden Bereich in einem Halbleiter. Das starke Konzentrationsgefälle der Ladungsträger an der Grenze bewirkt, dass einige Löcher in den n-leitenden und einige Elektronen in den p-leitenden Bereich diffundieren und dort mit den Majoritätsladungsträgern rekombinieren. Da die Akzeptoren und Donatoren, die die Ladung der Elektronen und Löcher kompensieren, ortsfest eingebaut sind, führt das wechselseitige Eindringen von Elektronen und Löchern in das andere Gebiet zu einer elektrischen Aufladung des p-n-Übergangs: Die Donatoren führen zu einer positiven Aufladung des n-Gebiets, die Akzeptoren zu einer negativen Aufladung des p-Gebiets. Da das elektrische Feld dieser Raumladungen der Diffusion entgegenwirkt, bildet sich ein Gleichgewichtszustand aus, der durch Anlegen einer äußeren elektrischen Spannung beeinflusst werden kann. Liegt der Pluspol der Spannungsquelle an der n-leitenden, der Minuspol an der p-leitenden Seite, hat das elektrische Feld die gleiche Richtung wie das Raumladungsfeld und verstärkt dessen Wirkung (Sperrfall), d. h., es kann kein Strom durch den p-n-Übergang fließen. Ein geringer Sperrstrom fließt jedoch auch im Sperrfall, weil durch thermische Energie in der Raumladungszone ständig Elektron-Loch-Paare gebildet werden, die vom Raumladungsfeld getrennt werden. Bei Umkehrung der Polung (Pluspol an der p-Seite, Minuspol an der n-Seite; Durchlassrichtung) wird das Raumladungsfeld reduziert, sodass laufend neue Ladungsträger über die Grenze fließen und einen Strom aufrechterhalten, der steil mit der angelegten Spannung anwächst (Flussfall). Die Eigenschaften des p-n-Übergangs werden in Halbleiterdioden und Transistoren zur Steuerung elektrischer Ströme ausgenutzt. Eine weitere wichtige Anwendung finden sie bei Halbleiterdioden, die als Laser betrieben werden. Die für den Laserbetrieb notwendige Besetzungsinversion wird dabei durch eine hohe Dotierung des Ausgangsmaterials und Injektion von Minoritätsträgern in den p-n-Übergang mithilfe des in Vorwärtsrichtung fließenden Stroms erreicht.

II

p-n-Übergang,

 

Diode.