Halbleiter und Dotierung

Halbleiter wie Silizium sind ziemlich schlau - sie leiten Strom nur unter bestimmten Bedingungen. Bei Raumtemperatur sind nur wenige Elektronen frei beweglich, aber mit Wärme oder durch Dotierung ändert sich das komplett.

Bei der n-Dotierung werden Atome mit 5 Valenzelektronen (wie Arsen oder Phosphor) ins Siliziumgitter eingebaut. Da Silizium nur 4 braucht, bleibt ein Elektron übrig - das kann sich frei bewegen und Strom leiten.

p-Dotierung funktioniert umgekehrt: Hier kommen 3-wertige Atome wie Bor oder Gallium rein. Es entsteht ein Loch (fehlende Stelle), in das benachbarte Elektronen springen können. Diese Löcher verhalten sich wie positive Ladungsträger.

Merktipp: n steht für negativ (freie Elektronen), p für positiv (Löcher)

Dioden - Die Einbahnstraße für Strom

Eine Diode besteht aus einer p-Schicht und einer n-Schicht zusammen. An der Grenze rekombinieren Elektronen mit Löchern und bilden eine Sperrschicht - hier gibt's keine freien Ladungsträger mehr.

In Durchlassrichtung $Plus an p-Schicht, Minus an n-Schicht$ wird die Sperrschicht durchbrochen und Strom kann fließen. Bei etwa 0,6V passiert das bei normalen Silizium-Dioden. In Sperrrichtung werden die Ladungsträger weggedrängt und die Sperrschicht wird größer - kein Strom fließt.

LEDs funktionieren genauso, haben aber höhere Schwellenspannungen: Rote LEDs brauchen ca. 1,8V, blaue sogar 3,1V. Der Widerstand einer Diode ist nicht konstant - er wird sehr klein, sobald die Schwellenspannung überschritten wird.

Gleichrichter nutzen mehrere Dioden in Brückenschaltung, um Wechselspannung in Gleichspannung umzuwandeln. So können Geräte, die Gleichstrom brauchen, mit Netzstrom betrieben werden.

Praxistipp: Dioden haben eine Kennlinie - das zeigt, wie sich Strom und Spannung zueinander verhalten!