P-n Übergang an einer Diode

Wissenschaft Physik
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Hallo,

erstmal was zu Metallen:
2 neutrale Metalle mit unterschiedlicher Fermienergie werden aneinander gehalten
Elektronen wollen möglichst energiearme Position einnehmen.
=> Elektronenfluß von (EF groß) zu (EF klein)
=> Ladungsunterschied, Spannung

Richtig ?

jetzt zu den Halbleitern :
p- und n-Leiter werden so stark dotiert, daß die Fermienergien ins Leitungsband (n-Typ) bzw. ins Valenzband verschoben wurden.
Geht das überhaupt ?

Ich bringe beide Halbleiter zusammen.
Jetzt müsste doch schon sofort eine Spannung da sein, da hier ein Ladungsunterschied zwischen p- und n- Typ vorliegt, oder ?
Wird diese Spannung vernächlässigt ?

Tipler schreibt, daß die Elektronen sich nicht weit von der Grenzfläche entfernen können, warum ? (Fallen die in die Löcher, füllen so örtlich das Valenzband und es kann kein Strom mehr fließen ?)

Vielleicht möchte jemand den Versuch unternehmen anschaulich die Funktionsweise einer solchen Diode zu erklären.

Warum kombiniert nicht jedes Elektron mit einem Loch und umgekehrt und alles wird neutral ?

Warum kommt es zu einer Raumladungsdichte mit negativer Ladung in der p-Seite ?

Danke
Thomas

2

Hi,
gerade habe ich ein gutes Heft zu diesem Thema gelesen und gesehen, daß ich einige Fehler in meiner Argumentation (?) habe.

Hallo,

erstmal was zu Metallen:
2 neutrale Metalle mit unterschiedlicher Fermienergie werden
aneinander gehalten
Elektronen wollen möglichst energiearme Position einnehmen.
=> Elektronenfluß von (EF groß) zu (EF klein)
=> Ladungsunterschied, Spannung

Richtig ?

Richtig.

jetzt zu den Halbleitern :
p- und n-Leiter werden so stark dotiert, daß die Fermienergien
ins Leitungsband (n-Typ) bzw. ins Valenzband verschoben
wurden.
Geht das überhaupt ?

Ich bringe beide Halbleiter zusammen.
Jetzt müsste doch schon sofort eine Spannung da sein, da hier
ein Ladungsunterschied zwischen p- und n- Typ vorliegt, oder ?
Wird diese Spannung vernächlässigt ?

Nein, keine Spannung, weil p- und n- Typ jeweils elektrisch neutral.

Tipler schreibt, daß die Elektronen sich nicht weit von der
Grenzfläche entfernen können, warum ? (Fallen die in die
Löcher, füllen so örtlich das Valenzband und es kann kein
Strom mehr fließen ?)

Bewegliche Ladungsträger kombinieren, aber die Akzeptoren und Donatoren (Ionen der dotieren Atome) bleiben da wo sie sind und erzeugen ein Feld, daß verhindert, daß weitere Ladungsträger fließen können.

Vielleicht möchte jemand den Versuch unternehmen anschaulich
die Funktionsweise einer solchen Diode zu erklären.

Sehr gelungen in „Anwendungen des Lasers, 1988, Spektrum der Wíssenschaft“.

Warum kombiniert nicht jedes Elektron mit einem Loch und
umgekehrt und alles wird neutral ?

Weil sich ein Gegenfeld aufbaut (siehe oben)

Warum kommt es zu einer Raumladungsdichte mit negativer Ladung
in der p-Seite ?

Auf der p-Seite sind Akzeptorionen und die sind negativ.

Blöde Fragen von Thomas
Die Antworten stellen zwar echte Physiker wenig zufrieden, aber mir reicht es vorerstmal.

Danke
Thomas

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Ich bringe beide Halbleiter zusammen.
Jetzt müsste doch schon sofort eine Spannung da sein, da hier
ein Ladungsunterschied zwischen p- und n- Typ vorliegt, oder ?
Wird diese Spannung vernächlässigt ?

Nein, keine Spannung, weil p- und n- Typ jeweils elektrisch
neutral.

Doch, sonst wuerden Solarzellen gar nicht funktionieren.
p und n zusammen ergibt eine Diffusion von Ladungstraegern,
um das Konzentrationsgefaelle auszugleichen. Dadurch werden
Ladungen getrennt und eine Spannung aufgebaut.

MEB

4

???
Hallo,
ich meinte damit, das erst die Diffusion eine Spannung erzeugt. Ohne Diffusion gäbs keine Spannung, oder ?
Beide Typen sind isoliert für sich betrachtet elektrisch neutral und nähert man sie einander an, herrscht keine Spannung.
Ich glaube wir haben es schon beide richtig gemeint.
Trotzdem frage ich mich, wie man einen p-Halbleiter erzeugen kann ?
Warum sollte ein Akzeptor ein Elektron akzeptieren (behält er es lange ?) und zum negativ geladenem Ion werden, während im Valenzband ein Loch zurückbleibt ?
Gruß
Thomas

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

5

Ohne Diffusion gäbs keine Spannung, oder ?
Beide Typen sind isoliert für sich betrachtet elektrisch
neutral und nähert man sie einander an, herrscht keine
Spannung.

Habe kein Problem damit.

Trotzdem frage ich mich, wie man einen p-Halbleiter erzeugen
kann ?

Meinst Du jetzt die Herstellung in der Industrie?
Ich denke, da wird einfach nur Bor § oder Phosphor (n)
in die Silizium-Schmelze reingekippt. Zur Erzeugung von
Uebergaengen werden aber nicht zwei Halbleiter aufeinander-
gebracht, sondern z.B. ein vorhandener p-Leiter mit Phosphor
versetzt. Dazu wird ein Hochtemperaturschritt gefahren,
waehrenddessen Phosphor in den Silizium-Koerper hinein-
diffundiert.

Warum sollte ein Akzeptor ein Elektron akzeptieren (behält er
es lange ?) und zum negativ geladenem Ion werden, während im
Valenzband ein Loch zurückbleibt ?

Des Raetsels Loesung liegt im Verhalten des Gesamtgefueges.
Das einzelne Atom hat im Kristallverbund nur noch wenig von
seinen urspruenglichen Eigenschaften. Die Orbitale sind zu
einem „Einheitsbrei“ verschmolzen, den man Valenzband nennt.
Nun sitzt ein Fremdatom im Kristallverbund und wagt es, die
periodische Harmonie der anderen (Si) zu stoeren. Die um-
liegenden versuchen diesem Fremdling ihre Harmonie „aufzu-
zwingen“, und so kommt es, dass in der Harmonie ein Elektron
fehlt bzw. zu viel ist.
Ein Elektron zu viel hat keinen Bindungspartner und sitzt
folglich „lockerer“ und kann leichter vom Atom geloest werden.
Ein paar Gitterschwingungen ( = Temperatur) reichen dafuer
aus und das Elektron geht auf Wanderschaft, geht ueber ins
Leitungsband.
Wenn ein Elektron fehlt, dann bleibt in der „Harmonie“ eine
Stelle uebrig, in der ein Elektron hineinpassen wuerde. Solle
eins vorbeikommen, faellt es leicht hinein und der Akzeptor
wird tatsaechlich ein Ion. Aber wie oben bereits erwaehnt,
hat das einzelne Atom/Ion im Kristallverbund all seine
Eigenschaften nahezu verloren. Ausserdem, im Halbleitergitter
gibt es auch ohne die Dotierung Ionen. Durch Gitterschwingungen
koennen Elektronen aus dem Valenzband herausgeloest werden.
Darum sind es ja Halbleiter.

MEB