Diode
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Eigenschaften
Gegenstand der Betrachtung ist die Halbleiterdiode oder - allgemeiner ausgedrückt - ein "P-N-Übergang". Die Diode als Elektronenröhre kann später behandelt werden.
Die Diode ist ein Halbleiter. Diese Eigenschaft macht sie abhängig von der Polarität der anliegenden Spannung.
Aufbau
Zwei unterschiedlich "dotierte" (verunreinigte) Schichten eines Halbleitermaterials (oft Silizium) werden zusammengebracht. Eine Seite enthält viele freie Elektronen (Kathode, n-dotiert), die andere Seite enthält kaum freie Elektronen (dafür "Löcher", in die die freien Elektronen passen (Anode, p-dotiert).
Rekombination
Interessant ist nun, dass sich die unterschiedlichen Lagen im Grenzbereich schnell ausgleichen (rekombinieren): Die freien Elektronen der Kathodenseite "schlüpfen" in die Löcher der Anodenseite. Zurück bleibt das reine Halbleitermaterial, dass nicht leitet.
Schwellspannung
Legt man nun an die Anode positive Spannung an und die negative Spannung an die Kathode, verstärkt sich zuerst die Sperrschicht. Erhöht man die Spannung dann über den sogenannten "Schwellenwert" (bei Silizium um 0,7 V), werden die freien Elektronen aus den Löchern der p-dotierten Schicht zur Anode gezogen: Schlagartig beginnt der Stromfluss. Wird er zu stark, wird die Diode zerstört.
Sperrbetrieb
Legt man nun umgekehrt eine positive Spannung an die Kathode und eine negative Spannung an die Anode, wird die isolierende Sperrschicht immer breiter: Die Diode sperrt.
Dies tut sie bis zur maximalen Sperrspannung. Danach findet ein Ladungsaustausch durch Spannungsüberschlag statt, der die Diode zerstört.
Eine Ausnahme bildet die Zenerdiode.
Sonderformen
Germaniumdioden
Neben Silizium findet oft (in der HF-Technik) noch Germanium Verwendung, besonders in der HF-Gleichrichtung. Der Vorteil von Germanium ist die niedrige Sperrspannung von etwa 0,2 Volt.
Leuchtdioden
Das verwendete Material (z.B. Gallium-Arsenid-Phosphat (GaAsP) hat die Eigenschaft, (sichtbares) Licht auszusenden, wenn die Elektronen aus den Löchern gezogen werden. Dieses Licht zeichnet sich durch einheitliche Wellenlänge (Farbe) aus. Während Rot und Grün Grundfarben sind, entstehen andere Farben wie Blau und Gelb durch Mischung. Weisse Leuchtdioden sind eigentlich blaue, aus der die blaue Farbe gefiltert wird.
Kapazitätsdioden
Hier mache ich mir den Effekt zu Nutze, dass ich die Sperrschicht und die angeschlossenen Halbleiterschichten als Kondensator nutzen kann. Kapazitätsdioden werden daher im Sperrbetrieb benutzt.
Zenerdioden
Hier wird ausgenutzt, dass im Sperrbetrieb immer auch Elektronen über das entstehende elektrische Feld durch die Sperrschicht gezogen werden. Dies zerstört die Diode unter normalen Umständen, da nun die Elektronen lawinenartig fließen (Avalanche- Effekt). Durch geeignete technische Maßnahmen (und dem unverzichtbaren Vorwiderstand!) erhält man nun aber ein Bauelement, dass bei einer bestimmten Spannung leitend wird. An der Zenerdiode liegt also immer eine definierte, stabile Spannung im Sperrbetrieb. Auf diese Weise lässt sich eine einfache Spannungstabilisierung realisieren.
