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EP Basics Quiz

Prof. Poppe fragt nach – Folge 3

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Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

„Was ist eine Schottky-Diode?“

1. Eine Diode, die zur Spannungsstabilisierung in Rückwärtsrichtung betrieben wird
2. Eine Diode, welche durch einen Metall-Halbleiter Kontakt entsteht
3. Eine Diode, bei der Elektronen das Leitungsband eines Metalls verlassen

Antwort 1 (Eine Diode, die zur Spannungsstabilisierung in Rückwärtsrichtung betrieben wird) beschreibt eine Zener- oder Z-Diode, aber keine Schottky-Diode.

Antwort 2 (Eine Diode, welche durch einen Metall-Halbleiter Kontakt entsteht) ist richtig, Antwort 3 (Eine Diode, bei der Elektronen das Leitungsband eines Metalls verlassen) ist nur manchmal richtig.

Verarmungszonen können entstehen, wenn dotierte Halbleiter mit Metallen in Kontakt treten. Dies ist schon deswegen von großer Relevanz, weil Halbleiter-Bauelemente irgendwie an metallische Leiterbahnen angeschlossen werden müssen.

Entscheidend für das elektrische Verhalten eines Halbleiter-Metall-Kontakts ist die Antwort auf die Frage: Kann ein Elektron dadurch Energie verlieren, dass es so wandert, dass eine Verarmungszone entsteht? Dies ist entweder der Fall, wenn ein Donator-Elektron den Halbleiter verlässt oder wenn ein Akzeptor-Loch von einem Elektron aus dem angrenzenden Metall aufgefüllt wird. In genau diesem Fall ist die dritte Antwort oben richtig.

Bild 1: Energieniveaus von Halbleitern (in der Mitte) und Metallen vor einer Kontaktierung. Ist der Halbleiter mit Donatoren dotiert, so entsteht eine Verarmungszone durch Abwandern der Halbleiter-Elektronen (Schottky). Ist der Halbleiter mit Akzeptoren dotiert, so führt das Einwandern von Metall-Elektronen in die Akzeptor-Löcher zur Bildung einer Verarmungszone.(Bild: Martin Poppe, Prüfungstrainer Elektrotechnik)
Bild 1: Energieniveaus von Halbleitern (in der Mitte) und Metallen vor einer Kontaktierung. Ist der Halbleiter mit Donatoren dotiert, so entsteht eine Verarmungszone durch Abwandern der Halbleiter-Elektronen (Schottky). Ist der Halbleiter mit Akzeptoren dotiert, so führt das Einwandern von Metall-Elektronen in die Akzeptor-Löcher zur Bildung einer Verarmungszone.
(Bild: Martin Poppe, Prüfungstrainer Elektrotechnik)

Bild 1 zeigt, dass hierüber letztlich die relative Position der Fermi-Niveaus entscheidet:

Wenn das Fermi-Niveau eines Metalls niedriger liegt als das eines N-dotierten Halbleiters, dann wandern die Donator-Elektronen in das Leitungsband des Metalls. Nahe dem Metallanschluss entsteht so im Halbleiter eine Verarmungszone. Wenn andererseits das Fermi-Niveau des Metalls höher liegt als dasjenige eines P-dotierten Halbleiters, dann wandern Elektronen aus dem Metall in den Halbleiter ein und besetzen die Fehlstellen der Akzeptor-Ionen. Es entsteht eine Löcher-Verarmungszone im Halbleiter.

Ähnlich wie im Falle des PN-Überganges entsteht mit der Elektronenwanderung ein Potenzialgefälle, welches durch äußere Spannung verstärkt oder abgebaut werden kann. Man nennt solche Übergänge auch Schottky-Dioden. Denn diese Übergänge entwickeln eine ähnliche Strom-Spannungs-Kennlinie wie PN-Dioden. Allerdings haben Schottky-Dioden mit ca. 0,3 V relativ kleine Kniespannungen, und der Stromanstieg ist weniger steil als beispielsweise der von Siliziumdioden.

Bewirkt die Wanderung der Elektronen kein Entstehen einer Verarmungszone, dann spricht man von einem Ohm'schen Kontakt. Aus Bild 1 wird deutlich, dass es unmöglich ist, ein Metall zu finden, welches sowohl P-Gebiete als auch N-Gebiete ohne die Entstehung einer Schottky-Diode verbindet. Für die Produktion hochintegrierter Schaltungen ist die Möglichkeit, unterschiedlich dotierte Gebiete elektrisch zu verbinden, aber zwingend notwendig. Ein technologischer Ausweg ist die Ausnutzung des Tunneleffekts mittels Hochdotierung. Denn auch bei Schottky-Dioden sinkt die Weite der Verarmungszone mit der Dotierung. (cg)

* Bis 2022 lehrte Prof. Martin Poppe Elektrotechnik an der Fachhochschule Münster. Er ist renommierter Autor von Fachbüchern wie „Prüfungstrainer Elektrotechnik“ (ISBN 978-3-662-65001-1), aus dem die aktuelle Frage entnommen ist, oder „Grundkurs Theoretische Elektrotechnik“ (ISBN 978-3-662-61913-1).

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