Video: Sperrschichten 2025
setzen, sind P-Typ (positiv geladen) und N-Typ (negativ geladen) Halbleiter nur Leiter. Aber wenn Sie sie auf einer elektronischen Schaltung zusammensetzen, erstellen Sie einen pn-Übergang und ein interessantes und sehr nützliches Ding passiert: Strom kann durch den pn-Übergang fließen, aber nur in einer Richtung..
Wenn Sie positive Spannung auf der p-Seite der Verbindung und negative Spannung auf der n-Seite setzen, fließt Strom durch die Verbindung. Wenn Sie jedoch die Spannung umkehren, indem Sie die negative Spannung auf die p-Seite und die positive Spannung auf die n-Seite setzen, fließt kein Strom.
Stellen Sie sich ein Drehkreuztor vor, wie zum Beispiel die Tore, die Sie durchqueren müssen, um in ein Baseballstadion oder eine U-Bahnstation zu gelangen: Sie können durch das Tor in eine Richtung gehen, aber nicht in die andere. Das ist im Wesentlichen das, was ein p-n-Übergang tut. Es ermöglicht dem Stromfluss in die eine Richtung, aber nicht in die andere.
Um zu verstehen, warum p-n-Übergänge Strom nur in eine Richtung fließen lassen, müssen Sie zuerst verstehen, was genau an der Grenze zwischen dem p-Typ-Material und dem n-Typ-Material passiert. Weil entgegengesetzte Ladungen anziehen, werden die zusätzlichen Elektronen auf der n-Typ-Seite der Verbindung von den Löchern auf der p-Typ-Seite angezogen. Also beginnen sie auf die andere Seite zu driften.
Wenn ein Elektron die n-Typ-Seite verlässt, um ein Loch in der p-Typ-Seite zu füllen, bleibt ein Loch in der n-Typ-Seite, wo sich das Elektron befand. Es ist also so, als ob das Elektron und das Loch Handel treiben. Die Grenze eines p-n-Übergangs wird schließlich von Überläufern besiedelt: Elektronen und Löcher haben die Grenze überschritten und befinden sich jetzt auf der falschen Seite der Kreuzung.
Dieser Bereich, der von überkreuzten Elektronen und Löchern besetzt ist, wird als Verarmungszone bezeichnet. Da eine Seite der Verarmungszone Elektronen (negative Ladungen) und die andere Seite Löcher (positive Ladungen) hat, existiert eine Spannung zwischen den beiden Kanten der Verarmungszone.
Diese Spannung hat eine interessante Wirkung auf die Überläufer: Sie bringt sie dazu, sich umzudrehen und nach Hause zu kommen. Mit anderen Worten, die Löcher, die zur negativen Seite des Übergangs gesprungen sind, ziehen die Elektronen an, die zur positiven Seite gesprungen sind.
Stellen Sie sich vor, wie es ist, ein Elektron zu sein, das über die Grenze und in die p-Seite der Kreuzung gesprungen ist. Wenn Sie negativ aufgeladen sind, werden Sie von den positiv geladenen Löchern, die Sie vor sich sehen, angezogen, um sich weiter in die p-Seite zu bewegen.
Aber Sie werden auch von den positiv geladenen Löchern angezogen, die jetzt hinter Ihnen liegen - genau das Loch, mit dem Sie die Plätze getauscht haben, übt jetzt einen Zug auf Sie aus, der Sie davon abhält, weiter zu gehen.
Da Sie sich nicht entscheiden können, entscheiden Sie sich einfach zu bleiben. Genau das passiert mit den Elektronen und Löchern, die auf die andere Seite übergegangen sind. Die Verarmungszone wird stabil - ein Zustand, der als Gleichgewicht bezeichnet wird.
Betrachten wir nun, was passiert, wenn das Gleichgewicht durch eine Spannung gestört wird, die über den p-n-Übergang gelegt wird. Der Effekt hängt davon ab, in welcher Richtung die Spannung angelegt wird:
-
Wenn Sie eine positive Spannung an der p-Seite und eine negative Spannung an der n-Seite anlegen, wird die Verarmungszone von beiden Seiten zur Mitte hin gedrückt. macht es kleiner. Elektronen in die n-Typ-Seite der Verbindung werden durch die Spannung in Richtung der Verarmungszone gedrückt und kollabieren schließlich vollständig. Wenn dies geschieht, wird der p-n-Übergang zu einem Leiter, und Strom fließt.
-
Wenn Spannung in der umgekehrten Richtung angelegt wird, wird die Verarmungszone von beiden Seiten der Verbindung gezogen und dehnt sich somit aus. Je größer es wird, desto mehr wird ein Isolator der p-n-Übergang. Wenn somit eine Spannung in der umgekehrten Richtung angelegt wird, fließt kein Strom durch die Verbindung.
