pn-Übergang, Bänderdiagrammdarstellung

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Man sieht:

• Liegt keine äußere Spannung über der Struktur (U=0V), ist der pn-Übergang im thermodynamischen Gleichgewicht (TGG). In der gezeigten Bänderdiagrammdarstellung liegt das Ferminiveau Wf im TGG überall auf gleicher Höhe. In diesem Fall liegen auch die Pegel der Elektronen im p- und im n-Gebiet auf gleicher Höhe, so dass keine Netto-Ausgleichsbewegung, d.h. Bewegung von Elektronen von einem Gebiet in das andere, erfolgt. Entsprechendes gilt für die Löcher, deren Pegel ebenfalls auf gleichem Niveau liegen.
• Durch das Anlegen einer äußeren elektrischen Spannung U>0V an die Struktur verschieben sich die Bandkanten gemäß U=-W/q, wobei in der Darstellung der Anschaulichkeit halber der ohmsche Spannungsabfall im Halbleitermaterial (vgl. Darstellung des Ladungsträgertransportes im Bänderdiagramm) vernachlässigt ist. Der Pegel der Elektronen im n-Gebiet liegt in diesem Fall über dem der Elektronen in p-Gebiet, so dass Elektronen durch die Raumladungszone in das p-Gebiet wandern. Diese überschüssigen Elektronen führen zu einer lokalen Störung des TGG, und damit einer Zunahme der Rekombination (G<R) der überschüssigen Elektronen mit Löchern, die ständig aus dem p-Gebiet nachgeliefert werden, was einem Stromfluss entspricht. Entsprechende Überlegungen gelten für die Löcher, deren Pegel im p-Gebiet unter dem im n-Gebiet liegt.
• Bei einer Spannung U<0V verschieben sich die Bänder in umgekehrte Richtung, so dass nun Minoritätsträger über die Raumladungszone in das benachbarte Gebiet gelangen können. Wegen der sehr geringen Trägerdichte der Minoritätsträger wandern jedoch nur sehr wenige Ladungsträger durch die Raumladungszone, was einem sehr kleinen Strom entspricht, der auch mit zunehmender Sperrspannung nicht wesentlich ansteigt.