Raumladungszone und Sperrspannung am pn-Übergang
Bringt man p- und n-leitendes Halbleitermaterial zusammen, diffundieren Elektronen und Löcher über die Grenze und rekombinieren. Zurück bleibt eine Raumladungszone, in der nur noch ionisierte Donatoren und Akzeptoren vorhanden sind. Die Ladung dieser Ionen erzeugt eine Potenzialdifferenz, die Diffusionsspannung, die eine weitere Diffusion der Ladungsträger verhindert.
Legt man eine Sperrspannung an, wächst die Potenzialdifferenz am Übergang, und die Raumladungszone wird breiter. Ihre Breite ist proportional zur Wurzel aus (Diffusionsspannung + Sperrspannung). Da die Ionenladungen auf beiden Seiten gleich groß sein müssen, dehnt sie sich vor allem in die schwächer dotierte Seite aus. Die Raumladungszone wirkt wie ein Kondensator mit Ladung auf beiden Seiten – je breiter sie wird, desto kleiner ist die Sperrschichtkapazität.
Selbst ausprobieren: Sperrspannung und Breite der Raumladungszone
Verändern Sie die Sperrspannung mit dem Schieberegler, und die Breite der Raumladungszone folgt der Formel. Bedingungen: Si, p-Seite NA = 10¹⁷ cm⁻³, n-Seite ND = 10¹⁶ cm⁻³, 300 K (die Standardwerte des Rechners für den pn-Übergang); die horizontalen Längen sind maßstabsgetreu gezeichnet.