Techniklexikon

Diode

hier: Halbleiterdiode (Halbleiter). Sie wirkt wie ein Ventil und läßt elektrische Ströme nur in einer Richtung passieren. Ihr Kern ist ein winziger Kristall aus Halbleitermaterial (meist Silicium), in dessen Mitte zwei verschieden dotierte (Dotierung) Bereiche (n- und p-Bereich) aneinanderstoßen. In der Grenzschicht, dem sog. Pn-Übergang (etwa 1 Tausendstel mm dick) laufen die entscheidenden Vorgänge ab. Die beweglichen Ladungsträger im n-Leiter sind Elektronen, im p-Leiter »Löcher« (Elektronenlücken). Beide führen ständig unregelmäßige Bewegungen aus, wobei sie mit den Atomen des Halbleitermaterials zusammenstoßen, dieses aber ziemlich gleichmäßig besetzen. Wird der Halbleiter in einen Stromkreis gebracht, werden die Löcher von + nach - und die Elektronen von - nach + getrieben. Aus dem n-Bereich in den p-Bereich diffundierende Elektronen vereinigen sich dort mit in der Überzahl vorhandenen Löchern, wodurch diese Seite der Grenzschicht an beweglichen Ladungsträgern verarmt. Dabei werden die Siliziumatome negativ, wodurch am p-Rand der Grenzschicht eine negativ geladene Zone entsteht. Aus dem p-Bereich diffundieren Löcher in den n-Bereich, wo sie von den Elektronen neutralisiert werden. Auch auf dieser Seite der Grenze verschwinden bewegliche Ladungsträger, es bildet sich eine positiv geladene Zone aus. In der Grenzschicht gibt es schließlich keine beweglichen Ladungsträger mehr: die Elektronen werden von der negativen, die Löcher von der positiven Zone der Grenzschicht abgestoßen. Wird die p-Seite der D. mit dem negativen und die n-Seite mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden, driften mehr Elektronen aus der Grenzschicht ins n-Gebiet und Löcher ins p-Gebiet. Die ladungsträgerfreie Grenzschicht wird breiter, die D. sperrt (Sperrichtung). Polt man um, liegt die D. in Durchflußrichtung, sie leitet, denn in der Grenzschicht vereinigen sich Elektronen und Löcher zu ungeladenen Paaren. Weil Löcher aus dem p-Gebiet in die Sperrschicht fließen, gelangen Elektronen aus der Sperrschicht ins p-Gebiet; es entsteht ein Elektronenstrom durch die D. hindurch. In der Elektronik: Elektronisches Bauelement mit einer stark von der Richtung des Ladungsträgerstroms abhängigen Leitfähigkeit. Die D. wirkt wie ein Ventil, das den Strom-fluß in nur einer Richtung zuläßt (Durchlaßrichtung, Durchlaßbereich) und in der anderen Richtung nahezu völlig verhindert (Sperrichtung, Sperrbereich). D. können als Elektronenröhren oder als Halbleiterdioden hergestellt werden. Halbleiterdioden haben die Elektronenröhren fast vollständig verdrängt. Elektronenröhren werden nur noch dort eingesetzt, wo man die geforderten technischen Parameter mit Halbleiterbauelementen noch nicht wirtschaftlich günstig erreichen kann, z. B. in der Hochleistungstechnik für Rundfunk- und Fernsehsender. Im Modellbau: elektronisches Bauelement mit stark richtungsabhängiger Leitfähigkeit. In der Modelltechnik Anwendung als in Ladegeräten, Netzteilen; Freilauf- oder SchutzD. für Schalttransistoren; SchaltD. in Digitalschaltungen. ZDiode zur Spannungsstabilisierung in elektronischen Schaltungen und gesteuerte D. in Form des Thyristors und der VierschichtD. in Steuergliedern und Speicherschaltungen sowie als FotoD. für lichtempfindliche Empfänger; LeuchtD., auch LichtemissionsD. (LED), für Anzeigen; KapazitätsD. als Abstimmelement in Schwingkreisen. Die D. werden mit unterschiedlichen Gehäuseformen hergestellt. Der Ring oder Farbpunkt auf dem Gehäuse der D. kennzeichnet den Katodenanschluß. Halbleiterbauelement mit zwei Anschlüssen und einer stark richtungsabhängigen Leitfähigkeit. Die Anschlüsse werden als Anode und Kathode bezeichnet. Dioden gibt es in verschiedenen Ausführungen und für unterschiedliche Einsatzzwecke. Die früher übliche Röhrendiode ist praktisch vollständig durch die Halbleiterdiode verdrängt worden. Unter den Dioden ist die auf dem Prinzip des pn-Überganges beruhende pn-Diode der wichtigste Vertreter. Sie wird im gesamten Wechselstrombereich vor allem als Gleichrichter eingesetzt. Daneben gibt es eine Reihe von Spezialdioden: die Zener-Diode als Spannungsreferenz und zur Spannungsstabilisierung, die Schottky-Diode vor allem als schnelle Schaltdiode in der Digitalelektronik, die Kapazitätsdiode als spannungsgesteuerte Kapazität, für Spezialanwendungen die Tunneldiode und die Backward-Diode. Die Gunn-Diode unterscheidet sich von den anderen Dioden dadurch, dass sie wegen des Fehlens einer inneren Struktur keine Richtungsabhängigkeit der Leitfähigkeit besitzt.