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 apet101  Die Halbleiterdiode
Die Halbleiter-Diode ist ein Bauteil mit Ventilwirkung.
Bereits bei Herstellung der Diode bildet sich im Grenzbereich von p-Schicht und n-Schicht eine Sperrschicht (Rekombinationszone), die von weiteren beweglichen Ladungsträgern nicht überwunden werden kann. Durch Anlegen einer äußeren Spannung kann diese Sperrschicht je nach Polung vergrößert (Diode in Sperr-Richtung), verkleinert oder ganz aufgelöst werden (Durchlass-Richtung).
Die Vorgänge sind symbolisch vereinfacht dargestellt, wobei nur Defektelektronen / Löcher und die Elektronen dargestellt sind, nicht aber die Atome samt ihren gebundenen Elektronen.
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 Stromloser Fall:  Bereits bei Herstellung der Diode (Zusammenbringen von p-Schicht und n-Schicht) bildet sich im Grenzbereich der beiden Schichten eine Rekombinationszone (Sperrschicht) aus, die von weiteren beweglichen Ladungsträgern (Defektelektronen/Löchern bzw. kurzzeitig freien Elektronen) nicht überwunden werden kann (Sie kommen einfach nicht durch die Sperrschicht hindurch). Der elektrische Widerstand der Diode ist dabei groß.
 Diode in Sperr-Richtung:  Verbindet man die p-Schicht mit einem Minuspol und gleichzeitig die n-Schicht mit einem Pluspol, so ist die Diode in Sperr-Richung geschaltet. Der Pluspol der Stromquelle saugt einige Elektronen aus der n-Schicht ab. Gleichzeitig presst der Minuspol der Stromquelle in etwa gleichviele Elektronen in die p-Schicht. Diese Elektronen wandern in Rekombinationssprüngen auf Grund der Anziehungskräfte des Pluspols bis zur Sperrschicht, kommen dort aber nicht weiter und verbreitern somit die Sperrschicht (Stau). Der elektrische Widerstand der Diode ist dabei noch größer als im stromlosen Fall.
 Diode in Durchlass-Richtung:  Verbindet man die p-Schicht mit einem Pluspol und gleichzeitig die n-Schicht mit einem Minuspol, so ist die Diode in Durchlass-Richung geschaltet. Erhöht man langsam die Spannung der Stromquelle, so wird die Sperrschicht immer dünner, Da der Pluspol der Stromquelle Elektronen aus der Sperrschicht absaugt. Ab einer Schwellenspannung von ca. 0,6 Volt ist dabei die Sperrschicht vollständig aufgelöst. Der elektrische Widerstand der Diode ist dabei sehr klein. Elektronen wandern dann vom Minuspol der Stromquelle (Elektronenüberschuss) durch beide Halbleiterschichten hindurch zum Pluspol der Stromquelle (Elektronenmangel). Dabei ergeben sich zweierlei Stromleitungs-Mechanismen:
a) In der Leitungen die metallische Stromleitung (Driftbewegung der freien Elektronen im Metallgitter zusätzlich zur thermischen Chaosbewegung),
b) im Halbleiter Rekombinationssprünge der kurzzeitig freien Elektronen von einem Defektelektron / Loch weiter zum nächstmöglichen, ... Im Halbleiter bewegen sich die kurzzeitig freien Valenzelektronen in Richtung Pluspol und die Defektelektronen / Löcher in Richtung Minuspol. Die Elektronen haben also je nach Medium (Metall oder Halbleiter) unterschiedliche Fortbewegungsarten (so wie der Mensch auf der Erde laufen und im Wasser schwimmen kann).