Die Diode – Grundlage der Halbleitertechnik
Die Diode ist der elementarste Halbleiterbaustein überhaupt. Sie besteht aus zwei verschieden dotierten Substratschichten. Erweitert man diese Struktur um mehrschichtige Dotierungen, so entstehen daraus komplexere Halbleiterbausteine wie Transistoren, Thyristoren und IGBT.
Die bekanntesten Substratmaterialien für Dioden und im erweiterten Sinn auch andere Halbleiterbausteine sind Germanium und Silizium. Die Eigenleitfähigkeit dieser Elemente ist nicht besonders gut. Erst durch die Dotierung wird bestimmt, unter welchen Bedingungen das Bauteil leitend wird. Das Grundprinzip einer Diode findet man wie eingangs erwähnt in jedem Transistor und in komplexen Bausteinen der Leistungselektronik wie Thyristoren und IGBT. Auch Bausteine der Digitaltechnik wie beispielsweise Mikroprozessoren basieren letztlich auf dem Prinzip der Diode. Nicht zu vergessen sind Photovoltaik-Zellen, die ebenfalls in ihrer Grundkonstruktion zunächst einmal nichts anderes sind als Dioden.
IGBT – Leistungshalbleiter für die Energiewende
Elektromobilität und Wechselrichter in Photovoltaikanlagen benötigen Halbleiterbausteine, die hohe Ströme bei hohen Spannungen mit geringen Verlusten schalten können.
IGBT steht als Abkürzung für Insulated Gate Bipolar Transistor. Wie allgemein bekannt ist, wird der Steuereingang eines bipolaren Transistors als Basis bezeichnet. Gate bezeichnet den Steuereingang eines MOSFET (= Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Dennoch beinhaltet das Kürzel IGBT den Begriff eines klassischen bipolaren Transistors und in der Tat vereint dieser Baustein die Eigenschaften beider Halbleiter-Typen: die hohe Schaltleistung eines bipolaren Transistors mit den geringen Verlusten am Steuereingang eines MOSFET. Ein moderner IGBT bietet schnelle Schaltzeiten, die jedoch Grenzen besonders im Ausschaltverhalten haben. Ein weiterer Nachteil ist ein spezielles Verhalten des IGBT bei sehr hohen Strömen. Beim so genannte Latch up-Betrieb zündet der IGBT wie ein Thyristor. Allerdings sind die Eigenschaften eines IGBT im Rückwärtsbetrieb nicht mit denen eines Thyristors vergleichbar.