Was ist eine Junction-Diode?
Eine Sperrschichtdiode ist ein Halbleiterkristall, der normalerweise aus Silizium besteht und an dem zwei elektrische Anschlüsse angebracht sind. Eine PN-Sperrschichtdiode ist die häufigste Art von Halbleiterdiode. Die Sperrschichtdioden-Eigenschaften ermöglichen es typischerweise, Strom leicht in eine Richtung, aber nicht in die andere zu leiten. Junction-Dioden können verwendet werden, um Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) umzuwandeln, die Temperatur zu erfassen und Schaltkreise vor schädlichen Spannungen zu schützen. Sie können auch Licht erzeugen und wahrnehmen, Logikgatter bilden und viele andere Funktionen ausführen. In Geräten wie Radios, Fernsehgeräten und CD-Laufwerken werden neben vielen anderen elektronischen Geräten verschiedene Arten von Junction-Dioden verwendet.
Wenn eine Sperrschichtdiode hergestellt wird, werden ihrem Kristall auf einer Seite positive Ladungsträger vom p-Typ, Löcher genannt, implantiert. Die andere Seite ist mit negativen Ladungsträgern vom n-Typ implantiert, die Elektronen sind. Der dünne Bereich dazwischen ist als PN-Übergang bekannt. Einige Elektronen wandern über die Verbindungsstelle, um sich mit Löchern zu verbinden, und umgekehrt. Dies erzeugt einen engen Bereich neutraler Ladung um den Übergang, der als Verarmungsschicht bezeichnet wird.
Wenn eine Vorwärtsvorspannung an die Sperrschichtdiode angelegt wird, werden typischerweise mehr Elektronen in den Bereich vom n-Typ gedrückt. Es werden auch mehr Löcher in den p-Typ-Bereich gedrückt. Mit zunehmender Spannung verengt sich die Verarmungsschicht. Dies erleichtert den Stromfluss über die Verbindungsstelle. Sobald die Vorwärtsvorspannung eine bestimmte Spannung überschreitet, kann Strom ziemlich leicht fließen.
Wenn das Gegenteil, eine umgekehrte Vorspannung, angelegt wird, können mehr Löcher aus dem p-Typ-Bereich und mehr Elektronen aus dem n-Typ-Bereich extrahiert werden. Die Löcher und Elektronen werden vom Übergang weggezogen, wodurch die Verarmungsschicht aufgeweitet wird. Dies erschwert normalerweise den Stromfluss. Wenn die Sperrvorspannung ansteigt, verlangsamt sich der Strom über den Übergang auf nahezu Null. Der verbleibende "Leckstrom" ist oft sehr klein, kann jedoch mit der Sperrschichttemperatur ansteigen.
Eine Sperrschichtdiode hat viele Verwendungsmöglichkeiten in Bezug auf ihre Fähigkeit, Strom nur in eine Richtung zu leiten. Beispielsweise kann es Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln, was auch als Gleichrichtung bezeichnet wird. Es kann auch das Audiosignal vom Hochfrequenzsignal (RF-Signal) in einem Funkempfänger trennen. In Steuerschaltungen können Sperrschichtdioden einen Schutz vor Spannungsspitzen bieten, wenn ein Hochstromgerät, wie z. B. ein Motor oder eine Relaisspule, ein- oder ausgeschaltet wird. Viele Arten von integrierten Schaltkreisen verwenden Dioden an jedem Pin, um zu verhindern, dass übermäßige äußere Spannungen den Chip beschädigen.
Junction-Dioden können ohne den dunklen Kunststoff, in den sie typischerweise eingeschlossen sind, sehr lichtempfindlich sein. Sie werden üblicherweise als Fotodioden zum Erfassen von Licht und in Solarzellen zum Umwandeln von Licht in Elektrizität verwendet. Eine Leuchtdiode (LED) ist eine Sperrschichtdiode, die Photonen erzeugt. LEDs gibt es in verschiedenen Farben und können Licht vom Infrarot bis zum nahen Ultraviolett erzeugen. Sie werden häufig auch als Statusanzeigen in elektronischen Geräten verwendet. Eine Laserdiode erzeugt Licht einer einzelnen Wellenlänge, das normalerweise durch einen polierten Hohlraum in der Verpackung fokussiert wird. Laserdioden werden häufig in Hochgeschwindigkeitskommunikations- und Verbraucher-CD / DVD-Laufwerken verwendet.
Andere Anwendungen von Sperrschichtdioden umfassen Logikgatter, Tastaturmatrizen, Temperatursensoren und Spannungsregler. Eine Sperrschichtdiode kann auch als variabler spannungsgesteuerter Kondensator fungieren. Ein Radio- oder Fernsehempfangsschaltkreis kann die Größe der Sperrschicht der Diode variieren, wodurch sich wiederum die Kapazität ändert.