Leckstrom

Als Leckstrom bezeichnet man in der Elektrotechnik und Elektronik einen elektrischer Strom, der in Halbleiterbauelementen über einen Pfad fließt, der nicht zur Leitung von Strom vorgesehen ist.[1] Der Leckstrom ist ein wichtiger Indikator für den qualitativen Aufbau der Schichten von Halbleiterbauteilen.[2] Die Höhe des Leckstroms ist temperaturabhängig.[1]

Grundlagen

Im Idealfall sind Keramiken, wie sie in elektronischen Bauteilen verwendet werden, elektrische Isolatoren, sodass beim Anlegen eines elektrischen Feldes kein Strom fließen kann.[2] Dies gilt insbesondere dann, wenn sich das Halbleiterbauteil im sperrenden Zustand befindet.[3] In Sperrrichtung können dann theoretisch beliebig hohe Spannungen angelegt werden ohne dass es zu einem Stromfluss kommt.[4] Allerdings wird dieser Idealfall in der Realität nicht erreicht.[2] Insbesondere bei Leistungshalbleitern fließt auch in Sperrrichtung ein kleiner Strom, der als Leckstrom bezeichnet wird.[4] Der Leckstrom unterliegt einer Vielzahl von unterschiedlichen Einflüssen.[5] Die Höhe des Leckstroms ist neben der Dielektrizitätskonstanten ein wichtiges Kriterium für die Nutzung von elektronischen Bauteilen mit elektrokeramischen Dünnschichten.[6]

Auftreten

Leckströme können auftreten, wenn

  • in Solarmodulen es zu Potentialschwankungen des Wechselrichters kommt.[4]
  • im Inneren von Halbleitern spontan freie Ladungsträger entstehen, die durch eine angelegte elektrische Spannung im Halbleiterkristall wandern.[7] Dies kann z. B. durch erhöhte Temperatur[1] oder Strahlung verursacht[7] bzw. verstärkt werden.[1]
  • bei Schottky Halbleitern und Feldeffekt Halbleitern im gesperrten Zustand[5] oder wenn sich Leckstrompfade z. B. über den Mesa-Rand von Si-FET bilden.[6]
  • gewöhnliche Leistungshalbleitern sich im Sperrzustand befinden.[4]

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. a b c d Daniel Hähnel: Herstellung, Charakterisierung und Simulation von Germanium.p-Kanal-Tunneltransistoren. Dissertation an der Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik der Universität Stuttgart, Stuttgart 2020, S. 48, 49.
  2. a b c Sebastian Wiegand: Herstellung und Charakterisierung Sol-Gel basierter Kalium-Natrium-Niobat-Schichten. Dissertation am Fachbereich Material- und Geowissenschaften der technischen Universität Darmstadt, Darmstadt 2014, S. 40, 41.
  3. Felix Karsten: Entwicklung eines intelligenten Energiemanagementsystems für medizinische Notfallgeräte. Bachelorthesis an der Fakultät für Technik und Informatik der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg, Hamburg 2017, S. 18, 88.
  4. a b c d W.-Toke Franke: Vergleich von Siliziumkarbid-Leistungshalbleitern und ihre Anwendung in einem wirkungsgradoptimierten PV-Wechselrichter. Dissertation an der Technischen Fakultät der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Kiel 2013, S. 6, 11, 17, 79, 99, 100, 101.
  5. a b Jan Böcker: Analyse und Optimierung von AlGaN/GaN-HEMTs in der leistungselektronischen Anwendung. Elektronische Energietechnik an der TU Berlin, Band 11, Universitätsverlag der TU Berlin, S. 15, 16.
  6. a b Sam Isao Schmitz: Abhängigkeit des Leckstroms und der Dielektrizitätskonstanten in SrTiO3- und (Ba,Sr)TiO3-Dünnschichtkondensatoren von der Kontaktmetallisierung. Bericht des Forschungszentrums Jülich, genehmigte Dissertation an der RWTH Aachen, Jülich 2002, ISSN 0944-2952 S. V, 3, 36, 37, 58, 61, 63, 79, 94.
  7. a b Andreas Pahlke: Einfluss der Oxidqualität auf die Stabilität von Halbleiterdetektoren bei Röntgenbestrahlung. Dissertation an Fakultät für Physik der Technischen Universität München, München 2004, S. 13–15.