Physik verstehen 4, Schulbuch

68 3  Arbeitsheft-Seite 34–35 Halbleiter, Diode und Leuchtdiode 1. Was sind Halbleiter? Halbleitermaterialien sind zB Silicium (Si, Abb. 68.1) oder Germanium (Ge). In ihnen bilden die vier Außenelektronen der Atome bindende Elektronenpaare und stehen zur Stromleitung nicht zur Verfügung. Durch Wärme- oder Lichtener- gie können aber Elektronen freigesetzt werden, wodurch das Halbleitermaterial leitend wird. Beim Dotieren (für lat. dotare … ausstatten) von Halbleitern werden Fremd­ atome mit mehr oder weniger Außenelektronen eingebaut. So kann die Leitfähigkeit gezielt verändert werden: • n-Dotierung : Durch Einbau von Atomen mit fünf Außenelektronen (zB Arsen, As) erhält der Halbleiterkristall überschüssige Elektronen (Abb. 68.2). • p-Dotierung : Werden Atome mit drei Außenelektronen (zB Indium, In) in den Kristall eingebracht, fehlen Bindungselektronen im Kristall. Diese Elektronen- löcher wirken als positive Stellen im Kristall (Abb. 68.2). 2. Wie funktionieren Dioden? Eine Einbahnstraße für Elektronen (Abb. 68.3)  E1 Baue nebenstehenden Stromkreis mit 9-V-Batterie, Lämpchen und Diode nach. Vertausche die Polung der Diode. Der elektrische Strom wird nur in eine Richtung durchgelassen. Dioden sind Halbleiterbauteile, die den elektrischen Strom nur in eine Richtung durchlassen. Sie bestehen aus einer p-Leiterschicht mit „Löchern“ und einer n-Leiterschicht mit überschüssigen Elektronen. Dazwischen bildet sich eine Sperrschicht ohne frei bewegliche Elektronen und Löcher (Abb. 68.4). Liegt der Minuspol am n-Leiter, werden die Elektronen über die Sperrschicht getrieben. Die Diode leitet den Strom. Sie ist in „Durchlassrichtung“ geschaltet. Liegt der Pluspol am n-Leiter, verbreitert sich die Sperrschicht. Die Diode leitet den elektrischen Strom nicht (Abb. 68.5). Sie ist in „Sperrrichtung“ geschaltet. 68.1 Silicium ist ein wichtiges Halbleiter­ material zur Herstellung elektronischer Bauteile. bindendes Elektronenpaar Halbleiter (zB Silicium) sind Stoffe, die erst durch Zufuhr von Wärme- oder Lichtenergie stromleitend werden. Durch Dotierung mit Fremdatomen kann ihre Leitfähigkeit gezielt verändert werden. M fehlendes Bindungselektron („Loch“) überschüssiges Elektron 68.2 n- und p-Dotierung: Bei der n-Dotierung erfolgt die Stromleitung durch negativ geladene Elektronen, bei der p-Dotierung durch positive Löcher. 9V = 6V/0,3W Diode V1 68.3 Eine Einbahnstraße für Elektronen Sperrschicht fehlendes Bindungselektron („Loch“) überschüssiges Elektron 68.4 Durch Auffüllen der Löcher mit Elektronen entsteht eine Sperrschicht. Dioden sind Halbleiterbauteile, die den elektrischen Strom nur in eine Richtung durchlassen. M Elektronenstrom Wanderrichtung der Löcher Elektron „Loch“ Sperr- schicht 68.5 Eine Diode in Durchlass- und Sperr­ richtung 68.6 Inneres einer Diode Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv