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2023-02-05T19:10:05Z

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[[Datei:Pn Junction Diffusion and Drift.svg|mini|Oben der p-n-Übergang vor bzw. während dem Diffusionsprozess, darunter im Gleichgewicht (Ausgleich des Diffusionsstroms durch Driftstrom)]]
Der '''Diffusionsstrom''' ist ein [[elektrischer Strom]], der – auch ohne Vorhandensein eines [[Elektrisches Potential|Kraftfeldes]] – entsteht, wenn sich [[Freies Teilchen|freie]] [[Ladungsträger (Physik)|Ladungsträger]] aufgrund ihrer [[Brownsche Bewegung|Wärmebewegung]] so bewegen, dass evtl. bestehende [[Konzentrationsgefälle|Konzentrationsunterschiede]] ausgeglichen werden ([[Diffusion]]). Eine solche nicht konstante [[Ladungsträgerdichte|Dichte freier Ladungsträger]] tritt beispielsweise an [[pn-Übergang|pn-Übergängen]] von Halbleitern auf.

Die '''Diffusionsstromdichte'''

:<math>\vec{J}_{D} = -q \, D \operatorname{grad} \, n</math>

ist [[proportional]]
* zur [[Elektrische Ladung|Ladung]] q der einzelnen [[Ladungsträger (Physik)|Ladungsträger]] und
* zum „[[Gradient (Mathematik)|Gefälle]][[vektor]]“ <math>\operatorname{grad} \, n</math> der (ortsabhängigen) Ladungsträgerkonzentration <math>n(\vec{r})</math>
mit
* dem [[Diffusionskoeffizient]] D als Proportionalitätsfaktor. Dieser ist bei [[Halbleiter]]n temperaturabhängig und proportional zur [[Beweglichkeit (Physik)#Beweglichkeit in der Elektrodynamik|Beweglichkeit]] b der Ladungsträger. Damit hängt er von der Art der Ladungsträger und vom Material ab. Beispielsweise beträgt er für [[Elektron]]en in [[Silizium]] 35 cm²/s.<ref name="PaulTransistoren">{{Literatur |Autor=Reinhold Paul |Titel=Transistoren |Verlag=Verlag Technik |Ort=Berlin |Datum=1969}}</ref>

Da im Allgemeinen die Ladungsträgerkonzentration sich nicht nur linear in einer Richtung ändert, ist praktisch auch der Diffusionsstrom nicht konstant.

Der Diffusionsstrom wird durch einen ''Feldstrom'' ausgeglichen, wie es die [[Kontinuitätsgleichung]] beschreibt. Beispielsweise baut sich an [[pn-Übergang|Halbleitergrenzschichten]] durch den Diffusionsstrom eine [[Raumladung]] auf, die wiederum ein [[elektrisches Feld]] <math>\vec E</math> bewirkt ([[Diffusionsspannung]]). Dadurch entsteht ein Driftstrom (auch Feldstrom genannt), der dem Diffusionsstrom „entgegen fließt“.

Damit gilt für die Gesamtstromdichte <math>\vec J</math> als Summe aus Feldstromdichte <math>\vec J_F</math> und Diffusionsstromdichte die ''Transportgleichung'':

:<math>\begin{alignat}{2}
\vec{J} &= \vec{J}_{F} &&+ \vec{J}_{D}\\
&= q \, b \, n \, \vec E &&- q \, D \, \operatorname{grad} \, n
\end{alignat}</math>

== Literatur ==
*{{Literatur
|Autor=[[Klaus Lunze]]
|Titel=Einführung in die Elektrotechnik – Lehrbuch
|Verlag=Verlag Technik GmbH
|Ort=Berlin
|Datum=1991
|ISBN=3-341-00980-9}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Elektrischer Strom]]

Diffusionsstrom - Versionsgeschichte

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