Halbleiter und Dioden: Ohmsches Gesetz und UI-Kennlinien

Grundlagen und Halbleiter-Basics

Das Ohmsche Gesetz kennst du schon: R = U/I. Damit rechnest du Widerstand, Spannung und Stromstärke aus. Bei den Einheiten musst du die Vorsilben draufhaben - von Giga (Milliarde) bis Nano (Milliardstel).

Halbleiter wie Silizium stehen zwischen Metallen (leiten gut) und Isolatoren (leiten gar nicht). Bei Zimmertemperatur leiten sie mittelmäßig, aber das wird richtig interessant, wenn du Temperatur oder Licht hinzufügst.

Bei der Eigenleitung werden durch Wärme oder Licht Elektronen aus ihren Bindungen gelöst. Dadurch entstehen freie Elektronen (negative Ladung) und "Löcher" (positive Ladungsstellen). Diese bewegen sich und sorgen für Stromfluss - deshalb funktionieren Brandmelder und Dämmerungsschalter!

Die Dotierung macht Halbleiter richtig nützlich. Bei n-Dotierung fügst du Phosphor hinzu (5. Hauptgruppe) - ein Elektron bleibt übrig und kann fließen. Bei p-Dotierung verwendest du Bor (3. Hauptgruppe) - es entstehen Löcher, die Strom leiten können.

Merktipp: n-Dotierung = negative Elektronen übrig, p-Dotierung = positive Löcher entstehen

Dioden und ihre Funktionsweise

Eine Diode ist wie eine Einbahnstraße für Strom! Sie besteht aus einem p-dotierten und einem n-dotierten Bereich, die direkt aneinandergrenzen. An dieser Grenze passiert etwas Faszinierendes.

Wenn sich p- und n-Bereich berühren, wandern Elektronen vom n-Bereich in den p-Bereich und füllen dort die Löcher auf. Dadurch entsteht eine Sperrschicht - eine Zone ohne freie Ladungsträger, die wie ein Widerstand wirkt.

In Durchlassrichtung (Plus an p, Minus an n) wird die Sperrschicht schmaler und verschwindet ab etwa 0,7V. Jetzt fließt Strom! Die Elektronen können von der n-Schicht zur p-Schicht wandern und weiter zum Pluspol.

In Sperrrichtung (Plus an n, Minus an p) wird die Sperrschicht breiter. Die Elektronen werden vom Grenzbereich weggedrängt, es entstehen mehr Löcher, und kein Strom fließt. Die Diode sperrt komplett!

Eselsbrücke: Der Pfeil im Schaltzeichen zeigt die Durchlassrichtung - wie ein Straßenschild für den Strom!

Das erkennst du super in der UI-Kennlinie: In Durchlassrichtung steigt der Strom ab 0,7V steil an, in Sperrrichtung bleibt er bei null.