Eine Sperrschichtdiode ist ein Halbleiterkristall, normalerweise aus Silizium, an dem zwei elektrische Anschlüsse angebracht sind. Eine PN-Übergangsdiode ist die gebräuchlichste Art von Halbleiterdiode. Die Eigenschaften der Sperrschichtdiode ermöglichen es normalerweise, Strom leicht in eine Richtung zu leiten, aber nicht in die andere. Sperrschichtdioden können verwendet werden, um Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) umzuwandeln, die Temperatur zu messen und Schaltkreise vor schädlichen Spannungen zu schützen. Sie können auch Licht erzeugen und erfassen, logische Gatter bilden und viele andere Funktionen ausführen. In Geräten wie Radios, Fernsehern und CD-Laufwerken werden neben vielen anderen elektronischen Geräten verschiedene Arten von Sperrschichtdioden verwendet.
Wenn eine Sperrschichtdiode hergestellt wird, wird ihr Kristall auf einer Seite mit positiven Ladungsträgern vom p-Typ, den sogenannten Löchern, implantiert. Die andere Seite wird mit negativen Ladungsträgern vom n-Typ implantiert, bei denen es sich um Elektronen handelt. Der dünne Bereich dazwischen wird als PN-Übergang bezeichnet. Einige Elektronen wandern über den Übergang, um sich mit Löchern zu verbinden und umgekehrt. Dadurch entsteht ein schmaler Bereich neutraler Ladung um den Übergang, die sogenannte Verarmungsschicht.
Wenn eine Vorwärtsspannung an die Sperrschichtdiode angelegt wird, zwingt sie typischerweise mehr Elektronen in den n-Typ-Bereich. Es zwingt auch mehr Löcher in den p-Typ-Bereich. Wenn diese Spannung ansteigt, wird die Verarmungsschicht schmaler. Dies erleichtert den Stromfluss über die Verbindung. Sobald die Durchlassspannung eine bestimmte Spannung überschreitet, kann Strom recht 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 Sperrspannung ansteigt, verlangsamt sich der Strom über den Übergang auf nahezu Null. Der verbleibende „Leckstrom“ ist oft sehr klein, kann aber mit der Temperatur des Diodenübergangs ansteigen.
Eine Sperrschichtdiode kann aufgrund ihrer Fähigkeit, Strom nur in eine Richtung zu leiten, vielseitig verwendet werden. Es kann beispielsweise Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln, auch als Gleichrichtung bekannt. Es kann auch das Audiosignal vom Radiofrequenzsignal (RF) in einem Radioempfänger trennen. In Steuerschaltkreisen können Sperrschichtdioden Schutz vor Spannungsspitzen bieten, wenn ein Hochstromgerät wie ein Motor oder eine Relaisspule ein- oder ausgeschaltet wird. Viele Arten von integrierten Schaltungen verwenden Dioden an jedem Pin, um zu verhindern, dass übermäßige Außenspannungen den Chip beschädigen.
Junction-Dioden können ohne den dunklen Kunststoff, in den sie normalerweise eingeschlossen sind, sehr lichtempfindlich sein. Sie werden häufig als Fotodioden zum Erfassen von Licht und in Solarzellen zur Umwandlung von Licht in Elektrizität verwendet. Eine Leuchtdiode (LED) ist eine Sperrschichtdiode, die Photonen erzeugt. LEDs gibt es in einer Vielzahl von Farben und können Licht von Infrarot bis nahe Ultraviolett erzeugen. Sie werden auch häufig als Statusanzeigen in elektronischen Geräten verwendet. Eine Laserdiode erzeugt Licht einer einzigen Wellenlänge, das normalerweise durch eine polierte Kavität in ihrer Verpackung fokussiert wird. Laserdioden werden häufig in Hochgeschwindigkeitskommunikations- und Consumer-CD/DVD-Laufwerken verwendet.
Andere Anwendungen von Sperrschichtdioden umfassen Logikgatter, Tastaturmatrizen, Temperatursensoren und Spannungsregler. Eine Sperrschichtdiode kann auch als variabler spannungsgesteuerter Kondensator fungieren; eine Radio- oder Fernsehabstimmschaltung kann die Größe der Verarmungsschicht der Diode variieren, was wiederum die Kapazität ändert.