Diode < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 17:10 So 16.07.2006 | | Autor: | gyspy |
Hallo Liebe Forummitglieder,
also ich wusste nicht genau, ob ich diese Frage in dem Forum von
Elektrotechnik stellen sollte oder nicht. Da es sich bei mir nicht
um irgendeine Rechenaufgabe handelt, dachte ich mir das Physikforum doch
die richtige Wahl ist.
Also nun zur Aufgabe: Wie meine Überschrift schon andeutet habe ich
momentan große Probleme mit den Dingen, die in einer Diode vorgehen.
Eine Diode besteht doch aus einer p-Zone und n-Zone !
Auf beiden Seiten existieren feste und bewegliche Ladungsträger.
D.h auf der rechten Seite sind Elektronen die beweglichen
Ladungsträger bzw. Löcher die festen. Auf der linken Seite, quasi bei
der p-Zone ist es genau umgekehrt.
Nun wurde uns gesagt das aufgrund des Konzentrationsunterschiedes und
ihrer thermischen Bewegung die elektronen vom n-Gebiet ins p-Gebiet
diffundieren und sich dort mit Löchern rekombinieren.
Nun behauptet unser Prof., das dabei ein elektrisches Feld entsteht, welches
einer weiteren Diffusion entgegen wirkt und somit einen vollständigen Konzentrationsausgleich verhindert => Gleichgewicht!
Ein anderes mal, hat er aufgeschrieben, das durch Diffusion der beweglischen Ladungsträger über den pn-Übergang sich die beiden Seiten elektrisch gegeneinander aufladen.
Die dabei entstehende Spannung ist die Diffusionsspannung Sie wirkt dem Diffusions-
Bestreben entgegen und hält diesem das Gleichgewicht.
Nun meine Frage:
Wodurch wird dieses Gleichgewicht hervorgerufen ??
Ist die elek. Feldstärke oder Udif dafür verantwortlich ?
Nun was ist mit dem Drift ? Denn in einer Zeichnung hat unser Prof ein
Richtungspfeil von Drift genau so eingezeichnet wie die Richtung des äußeren elekrtischen Feldes ?
Also kann mir jemand noch mal genauer erläutern was jetzt die wesentlichen Unterschiede
zwischen Drift, Diffusion, Diffusionsspannung und der elektrischen Feldstärke ist und welche Rolle diese erst beim anlegen einer äußeren Spannung spielen bzw. was ändert sich an der Diode ???
Hoffe das jemand mir weiterhelfen kann !!
Danke für eure Mühe
Ich habe diese Frage in keinem Forum auf anderen Internetseiten gestellt
Gruß von gyspy
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Erstmal hast du da was mit fest und beweglich durcheinandergebracht.
Die Elektronen sind zwar relativ frei beweglich, aber jedes Elektron gehört ja zu einem Atom. Ist das Elektron weggewandert, bleibt dessen Atom positiv geladen zurück.
Ebenso gibt es auf der anderen Seite Atome, die gerne ein Elektron aufnehmen (diese Stellen sind die Löcher). Wenn die Atome ein Elektron aufnehmen, sind sie ja insgesamt negativ aufgeladen.
Also: Die Atome sind die festen Ladungsträger, die Elektronen und Löcher die beweglichen.
Die Elektronen wandern jetzt z.B. nach links zu den Löchern, das führt dazu, daß rechts positive Atome zurück bleiben und sich links negative Atome bilden.
Also: rechts, wo die elektronen sind, wirds insgesamt positiv und links, wo die Löcher sind, wirds negativ.
Klar, daß irgendwann keine Elektronen mehr nach links strömen, oder?
So, Drift und Diffusion ist beides das gleiche und beschreibt dieses anfängliche hinüberströmen.
Es baut sich ein el. Feld auf, was aber das gleiche ist wie eine Spannung. (das feld ist die negative Ableitung der Spannung, oder anschaulich: Die Spannung ist ein Gebirge, und das Feld sagt dir, in welche Richtung eine Masse mit welcher Kraft hinunterrutschen will)
Wenn du nun die Diode in Sperrrichtung betreibst ist das so, also würdest du die Diode in einen Kondensator stellen, dessen Feld die gleiche Richtung wie das Feld in der Grenzschicht hat. Sprich: die felder überlagern sich, und die Sperrschicht wird noch größer .
In Durchlaßrichtung überlagern sich die beiden Felder auch, da sie aber entgegengesetzt sind, kommt irgendwann der Punkt, wo das resultierende Feld null wird, und dann können wieder elektronen hinüber, auf die andere Seite, es fließt Strom!
Diese Argumentation kannst du auch mit der Spannung machen, das ist quasi das gleiche.
Die Diffusionsspannung ist dann die Spannung, die man braucht, damit die Spannungsdifferenz bzw das el. Feld in der Sperrschicht exakt kompensiert wird.
Nochmal: In dieser Argumentation ist Feld und Spannung das gleiche. Mathematisch ist E=- grad U. Stell es dir wirklich wie einen berg vor: Die Elektronen wollen hinauf, die Höhe des Berges (Spannung) bzw die Kraft,die sie bergab treibt (Feld) hält sie aber zurück. Die Höhe des Berges bzw die Steigung entsteht durch schon hinübergedrifteten Elektronen.
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 22:56 So 16.07.2006 | | Autor: | gyspy |
Hi, danke für deine Antwort !
Mir ist nun schon einiges klar geworden, aber eine Sache kann ich immer noch nicht nachvollziehen. Wann spricht man von Drift und wann von Diffusion ! Da du ja sagst das es dasselbe ist.
Ich meine Drift ist doch das Gegenteil, quasi sowas wie eine Generation und Diffusion vergleichbar als Rekombination !
Also wann sage ich das ein Elektron "driftet" und wann "es diffundiert" ?
Und wenn ich dich richtig verstanden habe, entsteht ein elektrisches Feld erst dann, wenn ich außen eine Spannung anlege und somit es dies das selbe !
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Erstmal: Nein, das El. Feld entsteht schon, wenn man die beiden p- und n-Bereiche zusammenbringt.
Einige Elektronen wandern 'rüber, wodurch dann schon durch die festen Atome ein Feld bzw eine Potenzialdifferenz, also Spannung entsteht. Das ist nun auch keine Spannung und kein Feld, das man einfach so von außen messen kann, das ist sozusagen eine feste Größe innerhalb des Kristalls.
Durch eine angelegte Spannung vergrößert bzw verkleinert man diese Größen, woduch sich der Bereich der geladenen Atome, die Sperrschicht, vergrößert oder verkleinert.
Zu Drift / Diffusion: Vielleicht hast du recht. Diffusion ist eher eine ungeordnete Bewegung, wie die Brownsche Molekularbewegung. Das machen die Elektronen die ganze Zeit. Treffen sie dabei auf ein Loch, gefällt es ihnen da so gut, daß sie dort (zumindest in der Nähe) bleiben.
Drift ist dagegen eher sowas wie eine langsame, gleichförmige und gerichtete Bewegung, also, wenn z.B. eine Spannung anliegt.
Im übrigen: Man kann Dioden als Kondensatoren benutzen: Du legst in Sperrichtung eine Spannung an. In Abhängigkeit von dieser Spannung vergrößert sich die Sperrschicht. Wenn du jetzt eine kleine Wechselspannung anlegst,verhält sich die Diode wie ein Plattenkondensator, wobei die Sperrschichtdicke der Plattenabstand ist.
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