Wieso sperrt eine Diode überhaupt?

2 Antworten

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Gehen wir mal von Sperrrichtung aus:
Wenn die Spannung "klein" ist, dann überwiegt der bekannte Dioden-Effekt. Der kommt zustande, weil die freien Ladungsträger (Löcher und Elektronen) von der Spannung jeweils an die Anschlüsse gezogen wird und in der Mitte eine große Verarmungszone entsteht. Die Wahrscheinlichkeit, dass doch mal ein Elektron den Weg findet ist sehr klein (wenn auch nicht unmöglich, weshalb Dioden immer einen sehr kleinen Rückwärts-Sättigungsstrom haben).

Wenn die Spannung zu groß für die Diode ist, dann passiert das, was du beschreibst: Die Elektronen werden einfach durchgedrückt. Es kommt zum sogenannten Avalanche-Effekt, der das ganze verstärkt und in aller Regel brennt die Diode dabei durch. Wobei es Spezialfälle gibt (Zener-Dioden), wo etwas ähnliches (der Zener-Effekt) bewusst genutzt wird.

Zuerst einmal finde ich die Vorstellung von sich bewegenden Löchern etwas irreführend, da es ja letztendlich nur Elektronen sind, die sich bewegen. (So sehe ich das zumindest). Deswegen raffe ich auch immer noch nicht, wieso die positiven Löcher angezogen werden (beziehungsweise sich verschieben). Denn eigentlich bleiben sie doch auf der gleichen stelle und Könnten ohne hohen Spannungsdruck die Elektronen von der negativen Spannungsquelle aufnehmen.

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@derHelferx10

Ja, das mit den bewegenden Löchern hat mich auch oft gestört - aber es ist absolut üblich, das so zu erklären und so zu rechnen. Zum Beispiel sind bewegende Löcher langsamer als Elektronen.

Die Löcher bleiben an ihrer Stelle, aber wenn ein Elektron das Loch besetzt hat, ist es elektrisch neutral. Man sagt auch: Loch und Elektron rekombinieren. Das Loch kann dann nicht zum Ladungstransport beisteuern.

Die eigentliche Weiterleitung der Ladung geschieht so, dass Elektronen von Loch zu Loch "hüpfen" - Ich glaube, das sind quantenmechanische Effekte, dass die dafür sorgen, dass sich Elektronen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit in einem bestimmten Radius bewegen. So können sie vielleicht zum nächsten Loch hüpfen, aber viel unwahrscheinlicher zum übernächsten. Wenn du dir das mal in einer Animation anschaust, kannst du sehen, dass es am Schluss egal ist, ob du jedesmal daran denkst, wie ein Elektron von einem Loch zum nächsten hüpft - wieder ein Loch frei wird und ein Elektron nachrückt, oder ob du das leere Loch verfolgst, was sich in die entgegengesetzte Richtung bewegt.

Wenn also alle Löcher ausgefüllt sind, hast du im Prinzip einen Nichtleiter. Auf der anderen Seite werden die überschüssigen, frei beweglichen Elektronen abgezogen und du hast ebenfalls einen Nichtleiter. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Elektron diesen Bereich überspringt ist halt wahnsinnig gering (wenn auch nicht 0). Erst wenn das elektrische Feld sehr groß ist, drückt es - wie gesagt - die Elektronen einfach durch...

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Wenn man eine n-dotierte und eine p-dotierte Schicht zusammenbringt, fließen an der Grenzfläche Elektronen (n) in die p-Schicht und Löcher (p) in die n-Schicht. Solche Diffusion bzw. solchen Ausgleich bekommst du immer, wenn du mehr von einer Teilchensorte in einem Bereich hast, und weniger in einem anderen Bereich, wenn du sie sich selbst überlässt, solange sie nichts an diesem Ausgleich hindert. In diesem Fall wird dadurch der Grenzbereich aus dem n-Teilchen nach p diffundieren (also dann fehlen) positiv geladen, und der Bereich auf der anderen Seite, aus dem p-Teilchen nach n diffundieren negativ. An der Grenze entsteht dadurch ein immer größeres elektrisches Feld (im n-dotierten +, im p-dotierten -), das dann anfängt, diesen Austausch zu bremsen. Die weiteren n aus dem n-dotierten Gebiet können nicht mehr ins p-dotierte Gebiet fließen, sie werden vom "-" dort abgestoßen, bzw. vom "+" im n gehalten.

Die Elektronen von deiner Batterie oben sehen also am Ende der p-dotierten Schicht (an der Grenze zu n) im p eine negative Ladung. Da fließen sie also nicht hin, sondern werden abgestoßen.

Ist jetzt sehr vereinfacht, aber vielleicht hilft es ein bisschen.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Studium/Prom. Physik, >25 Jahre Berufserf. Mikroelektronik

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