Simulation des p-n-Übergangs einer Halbleiterdiode

Mit Hilfe von Java-Programmen kann man die Vorgänge eines p-n-Übergangs simulieren.

Hierzu sind jedoch einige Vereinfachungen gegenüber den realen Umgebungsparametern nötig.

Im heutigen Gast-Video erläutert homofaciens zunächst, welche Vereinfachungen er bei der Simulation des p-n-Übergangs macht und wie der die Übergänge von Elektronen von einem Atom zum benachbarten berechnet.

Nachdem die Vorgänge der Elektronenbewegungen und Fehlstellen erläutert werden, wird die Simulation gestartet.

Nachdem die Rekombinationen in der Grenzschicht zwischen p-dotiertem Material und n-dotiertem Material vollzogen sind, wird die Simulation gestoppt.

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Die sich ergebene Situation wird anschließend ausgewertet.

Hierzu werden die jeweiligen Ladungsträger einfach gezählt und für beide Hälften, also für den n-dotierten Teil und dem p-dotierten Teil Bilanz gezogen.

Eine noch genauere Betrachtung des Materials ergibt, dass die Zone nahe der Kontaktschicht nahezu frei von Ladungsträgern geworden ist.

Diese Schicht wird auch als Sperrschicht bezeichnet.

Diese Sperrschicht ist verantwortlich für das Verhalten einer Diode.

Über dieser Sperrschicht, eigentlich in dieser Sperrschicht, bildet sich ein elektrisches Feld. Die Bewegung von Elektronen durch diese Sperrschicht wird verhindert.

Anschließend wird eine Spannung an den p-n-Übergang angelegt.

Zunächst wird der Pluspol der Spannung an die p-dotierte, der Minuspol der Spannung an die n-dotierte Seite angeschlossen.

Durch das entstandene elektrische Feld werden Elektronen werden von der n-dotierten Seite in die Sperrschicht und in die p-dotierte Seite gedrückt.

Auf der anderen Seite wird durch Rekombination dafür gesorgt, dass Löcher in die Sperrschicht wandern und in den n-dotierten Bereich gelangen.

Insgesamt erhält man also einen Elektronenfluss vom Minuspol der Gleichspannungsquelle über das n-dotierte Material zum p-dotiertem Material zum Pluspol der Gleichspannungsquelle.

Die Diode wird also leitend.

Schließt man nun den Minuspol der Spannung an die p-dotierte, und den Pluspol der Spannung an die n-dotierte Seite an, wird die Sperrschicht noch weiter vergrößert und die Diode sperrt.

Die Simulation des p-n-Übergangs im Video

Im Video werden diese Vorgänge detailliert erläutert.