Halbleiter und Dioden einfach erklärt

Willkommen zu unserer Einführung in die Welt der Halbleiter!Halbleiter sind besondere Materialien, die sich in ihren elektrischen Eigenschaften zwischen Leitern und Isolatoren befinden.Die wichtigsten Vertreter der Halbleiter sind Silizium und Germanium. Schauen wir uns die Kristallstruktur von Silizium genauer an.In einem Halbleiter sind die Elektronen bei Raumtemperatur normalerweise fest in kovalenten Bindungen gebunden.Durch Energiezufuhr, zum Beispiel in Form von Wärme oder Licht, können Elektronen aus ihren Bindungen gelöst werden.Um diesen Prozess besser zu verstehen, betrachten wir das Energiebändermodell.Die Elektronen befinden sich normalerweise im Valenzband. Durch Energiezufuhr können sie die Bandlücke überwinden und ins Leitungsband gelangen.Diese Energiezufuhr ermöglicht es dem Halbleiter, elektrischen Strom zu leiten.Im nächsten Abschnitt werden wir sehen, wie wir die Leitfähigkeit durch Dotierung gezielt beeinflussen können.Durch die Dotierung von Halbleitern entstehen zwei verschiedene Typen: N-Typ und P-Typ Halbleiter.Beim N-Typ werden Fremdatome wie Phosphor eingebracht, die ein zusätzliches Elektron zur Verfügung stellen.Beim P-Typ entstehen durch Dotierung mit Bor Elektronenlöcher, die als positive Ladungsträger wirken.Wenn wir diese beiden Halbleitertypen zusammenfügen, entsteht ein P-N-Übergang.Die freien Elektronen aus dem N-Bereich und die Löcher aus dem P-Bereich bewegen sich aufeinander zu.An der Grenzschicht bildet sich eine Sperrschicht, auch Verarmungszone genannt.In dieser Zone rekombinieren die freien Ladungsträger miteinander.Eine Diode leitet Strom nur in Durchlassrichtung - von der P- zur N-Schicht.In dieser Richtung können die Ladungsträger die Sperrschicht überwinden.Eine Siliziumdiode benötigt eine Mindestspannung von etwa 0,7 Volt, um zu leiten.Leuchtdioden, oder LEDs, sind eine spezielle Form von Dioden, die Licht aussenden.In einer Brückenschaltung werden Dioden zur Gleichrichtung von Wechselstrom verwendet.