Diode

Eine Halbleiterdiode, oft auch nur Diode genannt, enthält eine n-dotierte Halbleiterschicht und eine p-dotierte Halbleiterschicht und dazwischen den pn-Übergang.

Sie besitzen eine Durchlassrichtung und eine Sperrrichtung.

Aufbau einer Diode

• Die n-Halbleiter-Schicht enthält positive Ladungen und freie Elektronen.
• Die p-Halbleiter-Schicht enthält negative Ladungen und Löcher.

Diffusionsvorgang

• Wenn beide Schichten in Kontakt kommen, kommt es zu einem pn-Übergang. Dabei bewegen sich freie Elektronen aus dem n-Gebiet in das p-Gebiet und freie Löcher aus dem p-Gebiet in das n-Gebiet (Diffusionsvorgang).
• Die Elektronen füllen die Löcher auf, deshalb kommt es zwischen den beiden Schichten zu einer Übergangsschicht, die keine freien Elektronen mehr enthält und somit nichtleitend ist. Deshalb wird diese Schicht auch Sperrschicht genannt.
• Durch die Ladungsverschiebung entsteht zwischen der n-dotierten Schicht und der p-dotierten Schicht ein elektrisches Feld, das entgegen der Bewegungsrichtung der Elektronen wirkt und daher eine weitere Ausdehnung der Sperrschicht verhindert.

Diffusionsspannung

Diffusionsspannung oder Schwellspannung wird der Wert genannt, bei dem sich ein stabiler Zustand herausbildet.

Beim erreichen der Diffusionsspannung dehnt sich die Sperrschicht nicht weiter aus.

Bei Siliciumsdioden liegt die Diffusionsspannung bei ca. 0,7 V.

Durchlassrichtung und Sperrrichtung

Durchlassrichtung

Die Diode ist in Durchlassrichtung geschaltet, wenn der Pluspol an der p-Schicht und der Minuspol an der n-Schicht anliegt.

Durch die anliegende Spannung entsteht ein elektrisches Feld, welches dem elektrischen Feld der Sperrschicht entgegenwirkt. Dadurch wird diese verkleinert. Bei einer anliegenden Spannung von über 0,7 V hebt das äußere elektrische Feld das innere komplett auf und die Sperrschicht verschwindet. Dann kann der elektrische Strom fast ungehindert durchfließen.

Sperrrichtung

Die Diode ist in Sperrrichtung geschaltet, wenn der Pluspol an der n-Schicht und der Minuspol an der p-Schicht anliegt.

Durch die anliegende Spannung entsteht ein elektrisches Feld, welches das elektrische Feld der Sperrschicht verstärkt. Dadurch wird dieses vergrößert und die Sperrschicht vergrößert sich. Es kann kein elektrischer Strom durch die Diode fließen.

Anwendung

Die Eigenschaft von Dioden, den Strom nur in eine Richtung fließen zu lassen, kann man für viele technische Geräte nutzen. Zum Beispiel zur Gleichrichtung von Wechselströmen.

Das technisches Symbol einer Diode sieht so aus (der Pfeil zeigt die Durchlassrichtung an):

Beispiele

Quiz

Was ist eine Schwellspannung?

A: Der Spannungsanteil, der von der Diode herausgefiltert wird.

B: Der höchste Spannungswert, der an einer Diode anliegen darf. Bei mehr geht sie kaputt.

C: Der Spannungswert, ab dem die Diode Strom durchlässt, wenn sie in Durchlassrichtung geschalten ist.

Lösung

Antwort C ist richtig.

Fragen zur Diode

1. Welcher Pol der Spannungsquelle muss bei einer Diode an welche Schicht angelegt werden, damit die Diode einen elektrischen Strom durchlässt?
2. Erstelle eine Schaltskizze mit einer Batterie, einer Lampe und einer Diode, die in Durchlassrichtung geschalten ist.

Lösung

1. Der Minuspol muss an der n-dotierten Schicht anliegen. Nur dann ist die Diode in Durchlassrichtung geschaltet.