pn-Übergang
Das folgende Applet zeigt ein Gedankenexperiment, in dem ein p- und ein n-dotiertes Gebiet zu einem pn-Übergang zusammengeführt werden.
Man sieht:
- Vor dem Zusammenführen der beiden Halbleiter sind diese elektrisch neutral, da jedem freien Elektron (-) im n-Gebiet ein ortsfestes, positiv ionisiertes Donatoratom ND+ (nicht eingezeichnet) gegenübersteht. Umgekehrt wird die Löcherladung im p-Typ Halbleiter von den ionisierten Akzeptoratomen NA- kompensiert.
- Nach dem Zusammenführen entsteht wegen der großen Konzentrationsgradienten an dem Übergang zunächst eine Diffusionsbewegung der Ladungsträger, d.h. Löcher (+) diffundieren vom p-Gebiet in das n-Gebiet und Elektronen (-) vom n-Gebiet in das p-Gebiet. Dadurch entsteht jedoch ein Ladungsungleichgewicht und somit ein elektrisches Feld E, welches seinerseits eine Driftbewegung hervorruft, die der Diffusionsbewegung entgegengerichtet ist.
- Nach kurzer Zeit stellt sich ein Gleichgewicht zwischen dem Diffusionsvorgang und der Driftbewegung ein.
Den Bereich Xp<X<Xn, in dem wegen des Ladungsungleichgewichts ein elektrisches Feld E auftritt, nennt man Raumladungszone (RLZ). Außerhalb dieser Zone ist der Halbleiter weiterhin neutral. Das Integral der Feldstärke (= Fläche des Dreiecks) über der RLZ nennt man auch Diffusionsspannung. Sie beträgt je nach Halbleiter und Dotierung etwa 0.6V...0.7V. Diese Spannung, die über dem pn-Übergang liegt, ist von außen jedoch nicht messbar, da sie von den Kontaktspannungen an den Enden der Halbleiter kompensiert wird.