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Der pn-Übergang

30 Übungen zu Diffusion, Sperrschicht und den beiden möglichen Polungen des pn-Übergangs im Detail und mit Skizzen. Mit ausführlichem Lösungsweg zu jeder einzelnen Aufgabe.

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Übungsaufgaben

Dreißig Übungen, fortlaufend nummeriert: Aufgaben zum Klicken, Ziehen und Knobeln wechseln sich mit Rechen- und Eingabeaufgaben ab. Jede Übung gibt dir sofort eine Rückmeldung, und zu jeder Aufgabe gibt es zwei gestufte Tipps.

A1
Stimmt's? — Fünferserie
AFB I

Fünf Behauptungen rund um die Sperrschicht. Gib für jede an, ob sie stimmt.

Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5

Die Breite der Sperrschicht ist nichts Festes: Sie hängt an der angelegten Spannung.
Denke an die beiden Polungen und an die Größenordnung der Sperrschicht.
Pluspol am p-Gebiet = Durchlassrichtung; in Sperrrichtung wird die Sperrschicht breiter; sie ist nur etwa 1 µm dünn.
A2
Trickaufgabe: Bild andersherum
AFB II

In einem Lehrbuch liegt das n-Gebiet links und das p-Gebiet rechts. Weise nach, was dann für Ladungen und Feld gilt.

Wähle in jedem Menü die passende Angabe und klicke dann auf „Prüfen“.

Links der Grenze sitzen in der Sperrschicht ortsfeste Rümpfe, rechts . Das eingebaute Feld zeigt vom n- zum p-Gebiet, in diesem Bild also nach . Ein Elektron, das aus dem n-Gebiet hinüberwandern will, bewegt sich nach und wird vom Feld .

Spiegelt man das Bild, spiegelt sich alles mit: Die Regeln „n-Seite positiv“ und „Feld von n nach p“ bleiben, nur „links“ und „rechts“ tauschen. Das Feld bremst die Elektronen, egal wie herum man zeichnet.
Halte dich nicht an „links“ und „rechts“, sondern an „n-Seite“ und „p-Seite“.
Die n-Seite ist positiv – hier links. Das Feld zeigt von n nach p, also nach rechts, und bremst die nach rechts wandernden Elektronen.
A3
Wie viele Atome breit?
AFB IIMix

Die Sperrschicht ist etwa 1 µm breit. Benachbarte Siliziumatome sind im Gitter etwa 0,24 nm voneinander entfernt (1 µm = 1000 nm). Schätze ab, wie viele Atome über die Breite der Sperrschicht nebeneinander liegen.

Schiebe den Regler auf deine Schätzung — Pfeiltasten bewegen ihn feiner. Nach dem Prüfen siehst du den Trefferbereich.
0 Atome10000 Atome
1000 nm : 0,24 nm ≈ 4200. Die Sperrschicht ist mit bloßem Auge winzig, im Gittermodell aber ein breiter Streifen von einigen tausend Atomen.
Rechne die Breite in Nanometer um und teile durch den Atomabstand.
1 µm = 1000 nm; 1000 : 0,24 ≈ 4000 – genauer gut 4100.