8.3 Inhomogene Halbleiter

8.3.1 p-n-Übergang

Majoritätsladungsträger diffundieren in das jeweils andere Gebiet und treten dort als Minoritätsladungsträger auf.

Die Raumladungszone entsteht durch verlassene, ionisierte Störstellen.

Es entsteht eine Diffusionsspannung. Das -Feld führt zu einem Feldstrom, der den Diffusionsstrom beeinflußt.

8.3.2 Bänderschema

n- und p-Bereich sind in Kontakt. Das chemische Potential wird durch Diffusion ausgeglichen und die potentielle Energie der Elektronen im p-Bereich um eV _D angehoben („Bandverbiegung“). Im p-Bereich gibt es auch wenige (!) Elektronen. Sie werden im Grenzschichtbereich ins n-Gebiet abgesaugt, durch thermische Anregung aber nachgeliefert. Es entsteht ein Generationsstrom I_n,G. Ein Ladungsausgleich findet statt durch Elektronen aus dem n-Bereich, welche eV _D überwinden können. Diese rekombinieren im p-Bereich mit den Löchern, was zu einem Rekombinationsstrom I_n,R führt. Im thermischen Gleichgewicht gilt mit der äußeren Spannung U = 0:

Und analog für Löcher:

Bei äußerer Spannung U0 fällt U über der „Verarmungsschicht“ ab. Es gilt U > 0, wenn sich der Pluspol am p-Bereich befindet (Definition!).

• Fall U < 0:

  

  Der Rekombinationsstrom für Elektronen aus dem n-Gebiet ist proportional zu exp.

  

  Der Generationsstrom bleibt unverändert:

  

  Der resultierende Elektronenstrom ist daher:

  

  Es gilt immer I_n < I_n,G.

• Fall U > 0:

  

  Die Potentialschwelle ist kleiner und damit der Rekombinationsstrom für Elektronen I_n,R(U) größer.

  
  

  Er steigt also exponentiell mit U an.

Eine analoge Betrachtung läßt sich für den Löcherstrom durchführen:

Die Strom-Spannungs-Kennlinie sieht folgendermaßen aus:

8.3.3 Anwendungen des p-n-Übergangs

• Gleichrichter
• Solarzellen
• Photodiode (Sperr-Richtung, Photon erzeugt Elektron-Loch-Paar)
• Leuchtdiode (Durchlaß-Richtung, strahlende Rekombination an geeigneten Rekombinationszentren)
• Laserdiode ( Leuchtdiode mit Rückkopplung)
• Transistor (pnp- oder npn-)