Elektrizität und Magnetismus - Physik-Institut - Universität Zürich

lichen Konzentrationen diffundieren Elektronen in den p-Leiter, Löcher in den n-Leiter
und bilden eine Ladungsdoppelschicht, die ähnlich wie beim Kondensator eine Potentialdifferenz
aufbaut.
-
+
n-Seite p-Seite
- - + +
+ - - + - + +
- -
-
+ - + -
+
+
- +
- - + -
+
V
I
Durchlaβrichtung
+
-
n-Seite p-Seite
- + - + -
I
+ +
+
+
- - +
+
+
-
--
-
- +
- + -
+
+
- +
- -
-
+ +
- +
Sperrrichtung
V
Sperrichtung
Durchlaβrichtung
Diese Potentialdifferenz erlaubt nur eine Stromleitung durch diese Diode mit der positiven
Spannung an der p-Seite, wie in der Figur angegeben, mit der entsprechenden Diodencharakteristik.
Erhöht man in Sperrichtung bei einer Diode die Spannung, dann setzt bei der
Durchschlagsspannung durch Stossionisation ein Lawinendurchschlag ein (Zener-Diode
zur Spannungsstabilisierung werden nicht mehr hergestellt).
Die Tunneldiode
V
Leitungsband
gefullt "
leer
Valenzband
Tunneleffekt
ohne Spannung
kleine Spannung
groβe Spannung
Wird bei einer Diode die Dotierung so gross gewählt, dass die
I
Donatoren auf der n-Seite so viele Elektronen liefern, dass der
untere Teil des Leitungsbandes gefüllt ist, und die Akzeptoren
auf der p-Seite soviele Elektronen aufnehmen, dass der
obere Teil des Valenzbandes fast leer ist, dann ist der Übergangsbereich
Tunneldiode V
sehr schmal. Elektronen können dann bei einer
kleinen
Spannung durch den verbotenen Bereich tunneln (Tunneldiode). Die daraus resultierende
Diodencharakterestik mit einem steilen Anstieg wird zur Erzeugung schneller Signale
verwendet.
Die Solarzelle Eine Solarzelle hat eine dünne p-Schicht.
einfallendes Licht
Trifft ein Photon mit einer Energie grösser als die Energielücke
(1.1 eV in Si) auf die p-Schicht, kann es ein Elektron
I
R V
p-Halbleiter
n-Halbleiter
aus dem Valenzband in das Leitungsband anheben, es
kann durch die Übergangsschicht wandern und wird dann
zur n-Schicht beschleunigt. Es fliesst ein Strom, Lichtenergie
wurde in elektrische Energie umgewandelt.
Germanium- und Silizium-Detektoren
Durch Dotierung eines hochreinen Ge- oder Si-Einkristalles auf
ionisierendes Teilchen einer Seite als dünnen n-Leiter und der anderen als dünnen p-
+
- +
- +
- +
γ - C Leiter entsteht, entsprechend der Grösse des Einkristalles (bis
+ - 150 ccm), eine dicke, intrinsische Übergangsschicht mit einer hohen
Sperrspannung (500-1000 V), so dass kein Strom fliessen
e -
intr. R kann. Der Leckstrom wird durch eine saubere Oberfläche und
n V p
Kühlung auf Flüssig-Stickstoff-Temperatur (-196 ◦ C) im Vakuum
extrem reduziert.
Fliegt ein hochenergetisches, geladenes Teilchen durch den Detektor, dann erzeugt es
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