2.5.2.    Die Halbleiterdiode


a) Aufbau

Eine Halbleiterdiode besteht aus zwei verschiedenen Schichten, zwischen denen sich die sogenannte Grenzschicht befindet, welche durch einfache Diffusionsbewegungen(Rekombination der Elektronen) zustande kommt, womit aber weitere Diffusionsbewegungen verhindert werden. In der n-Schicht befinden sich negativ geladene Ladungsträger, in der p-Schicht befinden sich Defektelektronen, die wie positive Ladungsträger wirken.
Eine Halbleiterdiode besitzt zwei verschiedene Modi, in denen sie geschalten werden kann:


b) Wirkungsweise

Schaltung in Durchlassrichtung

Wie im Schema dargestellt, wird an die p-Schicht der Pluspol und an die n-Schicht der Minuspol angelegt. Nun wirkt die Diode als Leiter, die negativen Ladungsträger fließen in Richtung der positiven Polarität, die Defektelektronen in Richtung der negativen Polarität. Nachdem eine bestimmte Schwellspannung US überwunden wurde, fließt ein Strom. Dadurch wird die Grenzschicht von Ladungsträgern "überflutet" und verliert an Größe. Durch diesen Größenverlust wird die Leitfähigkeit zunehmend besser. Die Schwellspannung bewirkt, dass die Elektronen die Grenzschicht überwinden können.
Folgende U-I-Tabelle soll den Stromfluss im Zusammenhang mit der Schwellspannung verdeutlichen:

Ab US = 0,4 V fließt ein minimaler Strom durch die Halbleiterdiode. Bei geringen Spannungserhöhungen treten große Stromerhöhungen ein.

Schaltung in Sperrrichtung

In dieser Schaltrichtung wird an die p-Schicht der Minuspol und an die n-Schicht der Pluspol angelegt. In Folge dessen werden die Ladungsträger an den Rand der Diode "gesaugt", da unterschiedliche Polarität vorliegt. Die Grenzschicht "verarmt" allmählich an Ladungsträgern und nimmt an Größe immer weiter zu. Dadurch, dass sich die Ladungsträger an den Rand bewegen und die Grenzschicht immer größer wird, nimmt die Leitfähigkeit ab, es bleibt aber eine geringe Grundleitfähigkeit erhalten, welche Temperaturabhängig ist. Dazu folgende Tabelle:

Fazit: In einer Halbleiterdiode kann der Strom nur in eine Richtung fließen. Dazu muss der Minuspol an der n-Schicht und der Pluspol an der p-Schicht der Diode anliegen.


c) Schaltzeichen


d) schematische Kennlinie

Überschreitet die Sperrspannung einen bestimmten unzulässigen Bereich (gestrichelter Teil der Kennlinie), so wird die Diode zerstört.


e) Anwendung


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