Ich habe eine Frage zur Funktionsweise des PN-Übergangs in einer Diode. Laut http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/solids/pnjun.html :
„Das Füllen eines Lochs erzeugt ein negatives Ion und hinterlässt ein positives Ion auf der n-Seite. Es baut sich eine Raumladung auf, die eine Verarmungsregion erzeugt, die jeden weiteren Elektronentransfer verhindert, es sei denn, es wird durch Anlegen einer Vorwärtsspannung an den Übergang geholfen.“
Meine Frage ist: Warum erzeugt das Füllen eines Lochs ein negatives Ion? Sollte sich das Loch nicht mit dem Elektron aufheben, das ein neutral geladenes Ion ergibt? Und dadurch würde kein E-Feld entstehen? Ich bin mir nicht sicher, was ich hier übersehe ... Warum gibt es positive und negative Ionen in der Verarmungsregion? Ich dachte, es gäbe neutral geladene Ionen ...
Ein Loch entsteht nicht dadurch, dass ein ladungsneutrales Atom ein Elektron verliert. Ein Loch entsteht, wenn sich ein "Akzeptor"-Atom in einem Siliziumkristall befindet, dieses Atom jedoch nicht so viele Elektronen zum Binden zur Verfügung hat wie die Siliziumatome. Siliziumatome verbinden sich, indem sie ein Elektronenpaar teilen, jedes Atom trägt ein Elektron zur Bindung bei. Das Akzeptoratom lässt eine Bindung ungefüllt, und diese ungefüllte Bindung bildet das Loch. Beachten Sie, dass, obwohl dieses Loch existiert, die Atome völlig ladungsneutral sind. Es ist einfach für ein wanderndes Elektron, in dem Loch stecken zu bleiben, und wenn das passiert, hat das Akzeptoratom tatsächlich ein Elektron mehr als es normalerweise tun würde ... also ist es ein negatives Ion geworden. Das eingefangene Elektron kam von irgendwoher ... einem Atom, das zuvor ebenfalls ladungsneutral war ... so dass dieses Atom ein positives Ion geworden ist.
Wenn Löcher mit eigensinnigen Elektronen gefüllt werden, nimmt das E-Feld an Stärke zu, bis es jede weitere Bewegung von Elektronen verhindert. An diesem Punkt wurde die Verarmungsregion geschaffen. Dieser Bereich ist an freien (beweglichen) Ladungsträgern verarmt, aber die Verunreinigungsatome (Nicht-Silizium) sind ionisiert.
Ich habe Silizium erwähnt, aber dasselbe kann mit einigen anderen Materialien wie Germanium und Galliumarsenid gemacht werden.
Ich bin mir nicht sicher, was ich hier übersehe ... Warum gibt es positive und negative Ionen in der Verarmungsregion?
Joe gibt einen guten Überblick darüber, wie ein Loch entsteht, wenn ein Akzeptoratom ein zuvor frei im Valenzband bewegliches Elektron einfängt. In ähnlicher Weise wird ein Leitungsbandelektron erzeugt, wenn ein Donoratom ein Elektron in das Leitungsband freisetzt.
Ich vermute, was Ihnen dabei fehlt, ist, dass der Akzeptor ein Verunreinigungsatom im Kristall ist und an seiner Position fixiert ist (es sei denn, wir sprechen über die extrem hohen Temperaturen, die während des Diffusionsprozesses verwendet werden, um tatsächlich das zu bekommen überhaupt erst Fremdatome in den Kristall einbringen). Während sich das Loch frei bewegen kann. Das Loch kann also durch das eingebaute Feld der Verbindung herumgeschoben werden, aber der Akzeptor (jetzt ein negativ geladenes Ion) bleibt dort hängen, wo er ist.
Ich dachte, es gäbe neutral geladene Ionen.
Das Wort "Ion" bedeutet ein Atom mit einer positiven oder negativen Nettoladung. Wenn es nicht auf die eine oder andere Weise geladen wäre, würden wir es einfach ein "Atom" und nicht ein Ion nennen.
Warum werden die Akzeptoren zu Ionen, anstatt einfach neutral zu bleiben?
Eine Möglichkeit, es zu betrachten, ist, dass die Fermi-Dirac-Statistik uns sagt, wie wahrscheinlich es ist, dass ein bestimmter Zustand zu einem bestimmten Zeitpunkt mit einem Elektron gefüllt ist. Da Akzeptoratome aus irgendeinem Grund Zustände liefern, die nahe der Valenzbandkante liegen (und damit unterhalb des Fermi-Niveaus), werden diese Zustände am Ende mehr als 50% der Zeit gefüllt sein.
Incnis Mrsi