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pnÜbergänge

pn-Übergang (p-n-Übergang) bezeichnet die Grenzfläche zwischen einem p-dotierten und einem n-dotierten Bereich in einem Halbleiter. An dieser Grenzfläche bildet sich eine Verarmungszone, in der freie Träger durch Diffusion in die andere Seite wandern. Dadurch entsteht ein internes elektrisches Feld, das die Diffusion ausgleicht. Im thermischen Gleichgewicht entspricht das eingebautte Potenzial der Barriere, dem sogenannten built-in Potential V_bi.

Unter äußeren Spannungen verändert sich die Barriere: Forward bias reduziert die Barrierhöhe und erhöht den Stromfluss,

Die Verarmungsbreite W und damit die Grenzflächenkapazität C_j hängen vom Bias ab; pn-Übergänge zeigen typischerweise eine

während
Reverse
bias
die
Barriere
vergrößert
und
zu
kleinem
Leckstrom
führt;
bei
hohen
Reverse-Spannungen
kann
es
zum
Durchbruch
kommen
(Zener-
oder
Avalanche-Durchbruch).
Der
Ladungstransport
erfolgt
durch
Drift
im
Feld
und
durch
Diffusion
infolge
von
Konzentrationsgradienten.
Majoritätsträger
diffundieren
in
die
entgegengesetzte
Region,
Minderheiten
tragen
zur
Rekombination
und
zur
Diffusionsdynamik
bei.
Die
Strom-Spannungs-Beziehung
wird
durch
die
Diode-Gleichung
beschrieben:
I
=
I_s
(exp(qV/kT)
-
1);
reale
Dioden
weichen
durch
Serienwiderstand,
Rekombination,
Temperaturabhängigkeit
und
Durchbruchverhalten
davon
ab.
kapazitive
Veränderung
mit
der
Sperrbreite.
Anwendungen
umfassen
Dioden
(Gleichrichtung),
LEDs
(Lichtemission
durch
Rekombination)
sowie
Photodioden
und
Solarzellen.
Unterschiede
ergeben
sich
aus
Dotierungsprofilen,
wobei
abrupten
oder
allmählich
(graduell)
veränderliche
Übergänge
möglich
sind.
Material,
Temperatur
und
Kristallqualität
beeinflussen
Verhalten
und
Effizienz.