pnÜbergang

Der pn-Übergang, auch p-n-Übergang, ist die Grenzfläche zwischen p-dotiertem und n-dotiertem Halbleitermaterial, meist Silizium. Er entsteht im Herstellungsprozess durch Diffusion von Donatoren und Akzeptoren und bildet eine Verarmungszone, in der sich eine eingebaute Potentialdifferenz einstellt.

Im Gleichgewicht verhindert das innere Feld in der Verarmungszone den weiteren Diffusionsfluss der Ladungsträger. Die Baupotenzial V_bi liegt bei Silizium typischerweise bei rund 0,6 bis 0,7 Volt bei Raumtemperatur. Die Breite der Verarmungszone W hängt von den Dotierkonzentrationen N_a und N_d ab und lässt sich grob durch W ≈ sqrt( (2ε_s/q) * (N_a N_d /(N_a+N_d)) * (V_bi - V) ) beschreiben. Unter Vorwärtsspannung schrumpft die Verarmungszone und der Strom steigt exponentiell; unter Rückwärtsspannung vergrößert sich W und der Strom bleibt klein bis auf Leckströme.

Elektrisch zeigt der pn-Übergang eine charakteristische Diodenkennlinie. In der Modellierung gilt I ≈ I_s (e^{V/(n V_T)} - 1) für moderate Spannungen, wobei I_s der Sättigungsstrom, V_T die thermische Spannung und n der Idealfaktor nahe 1 bis 2 ist. Die Temperatur beeinflusst I_s und V_bi stark; erhöhte Temperatur erhöht Leckströme und verschiebt die Kennlinie.

Anwendungen umfassen Gleichrichter, schnelle Dioden, Solarzellen, Photodioden, LEDs sowie Bauelemente in integrierten Schaltungen.

Herstellung erfolgt durch gezielte Dotierung zweier Bereiche in einem Halbleiterkristall (Diffusion, Implantation oder epitaktische Schichtabscheidung) und anschließende Kontaktierung sowie Oberflächenpassivierung.