Elektronische Halbleiterbauelemente

ISBN-13: 9783519201120 / Niemiecki / Miękka / 1992 / 530 str.

Reinhold Paul

Opis

Die Elektronik wird heute durehgangig von ihren Bauelementen gepragt, von denen die wiehtigsten, stuekzahl- und kosten maBig dominierend, die Halbleiterbauelemente sind. Heute steht ein sehr breites Spektrum versehiedenartigster Bauele mente fur die Informationsteehnik und Leistungselektronik in Form teehniseh ausgereifter Produkte zur Verfugung. Noeh groBer ist aber der Vorrat an neuen Funktionsprinzipien, unter denen sieh eine Reihe befindet, die dureh bestimmte Vorzuge sehr wohl zu teehniseh durehentwiekelten Bauelementen werden konnen. Diese Fulle ersehwert dem Anwender fraglos Uberbliek und Auswahl. Das vorliegende Skriptum verfolgt des halb in erster Linie das Ziel, in systematiseher Weise Funk tionsprinzipien, Aufbau und teehnisehe Eigensehaften der elektriseh gesteuerten Halbleiterbauelemente darzulegen. Den Ausgang dazu bilden die physikalisehen Grundlagen, soweit sie fur das Verstandnis der Funktionsprinzipien erforderlieh sind. Die Stoffdarstellung selbst bleibt bewuBt elementar und ist stets auf das konzentriert, was fur eine einfuhrende Ubersieht notwendig ist. Effekte zweiter Ordnung und speziel lere Probleme - von denen es gerade bei Halbleiterbauelemen ten so viele gibt wurden zuruekgestell t. So durfte das Skriptum geeignet sein, aufbauend auf Grundkenntnissen der Elektroteehnik und Elektrophysik, dem Studenten elektroteeh niseher und wohl aueh tangierender niehtelektroteehniseher Faehriehtungen an Universitaten und Faehhoehsehulen eine Ein fuhrung in das Verstandnis der Halblei terbauelemente zu er mogliehen. Aber aueh der in der Praxis stehende Ingenieur und Physiker durfte angesproehen sein, muB er sieh doeh ange siehts der permanenten Fortsehritte auf den Gebieten der Halblei terbauelemente von Zei t zu Zeit urn Neuentwieklungen kummern. Das Skriptum besehrankt sieh aus Umfangsgrunden auf elektriseh gesteuerte Halbleiterbauelemente."

Spis treści

A Allgemeine Grundlagen elektronischer Halbleiterbauelemente.- 1 Grundprinzipien und Eigenschaften elektronischer Halbleiterbauelemente.- 1.1 Ladungsträger in Festkörpern.- 1.1.1 Bindungsmodell. Eigen- und Störhalbleiter.- 1.1.2 Bändermodell und Bandstruktur.- 1.2 Ströme und Ladungen in Halbleitern.- 1.2.1 Trägertransport.- 1.2.2 Kontinuität der Trägerströme.- 1.2.3 Trägervernichtung und -erzeugung..- 1.2.4 Ladungsträgertransportmechanismen an Grenzflächen.- 1.3 Raumladungen in Halbleitern. Poissonsche Gleichung.- 1.3.1 Poissonsche Gleichung.- 1.3.2 Raumladungsfall. Verarmungsnäherung. Raumladungsbegrenzter Stromfluß.- 1.3.3 Neutral-, Quasineutralfall.- 1.3.4 Örtliche und zeitliche Relaxation von Raumladungsstörungen.- 1.4 Grundgleichungen der inneren Elektronik von Halbleiterbauelementen.- 1.4.1 Quasiferminiveaus.- 1.4.2 Halbleitergrundgleichungen.- 1.4.3 Halbleiter mit räumlich veränderbarer Bandstruktur.- 1.5 Allgemeine elektrische Eigenschaften von Halbleiterbauelementen.- 1.5.1 Gleichstromverhalten.- 1.5.2 Kleinsignalverhalten.- 1.5.3 Impuls- und Schaltverhalten.- 1.5.4 Thermisches Verhalten.- 1.5.5 Rauschen.- 1.6 Bauelementebezeichnungen, Gehäuse.- B Grenzflächengesteuerte Halbleiterbauelemente.- 2 Grenzflächengesteuerte Zweipolbauelemente: Halbleiterdioden.- 2.1 pn-Übergang. Universal- und Richtdioden.- 2.1.1 Wirkprinzip. Elektrische Eigenschaften.- 2.1.1.1 Kennlinie.- 2.1.1.2 Dynamische Eigenschaften.- 2.1.1.3 Diodenmodell für die Schaltungssimulation.- 2.1.1.4 Diodenausführungsformen.- 2.1.2 Universal-, Richtdioden.- 2.1.3 Schaltdioden.- 2.1.4 Z-Dioden.- 2.1.5 Kapazitätsdioden.- 2.1.6 Tunneldiode.- 2.1.7 Leistungsgleichrichter, pin-, psn-Dioden.- 2.1.8 pin-Diode als Mikrowellenbauelement.- 2.2 Heteroübergänge.- 2.2.1 Arten von HeteroÜbergängen.- 2.2.2 Stromfluß durch Heteroübergänge.- 2.2.3 Anwendungen von Heteroübergängen.- 2.3 Metall-Halbleiter-übergang. Schottky-Diode.- 2.3.1 Kennlinie.- 2.3.2 Ohmscher Kontakt.- 2.4 Laufzeitgesteuerte Bauelemente. Impatt-Dioden.- 2.4.1 Laufzeitprinzip.- 2.4.2 Impatt-Diode.- 2.4.3 Tunnett-Diode.- 2.4.4 Baritt-Dioden.- 2.4.5 Qwitt-Diode.- 2.5 Weitere Diodenarten. Volumenbarrierendioden.- 3 Bipolartransistoren.- 3.1 Transistoreigenschaften.- 3.1.1 Kennlinien.- 3.1.2 Der Basisraum.- 3.1.3 Bipolartransistormodelle.- 3.1.4 Kleinsignalverhalten. Ersatzschaltung.- 3.1.5 Bau- und Ausführungsformen.- 3.1.6 Universaltransistoren kleiner Leistung.- 3.1.7 Mikrowellentransistoren.- 3.1.8 Schalttransistoren.- 3.2 Leistungstransistoren.- 3.2.1 Leistungstransistoren für tiefe Frequenzen.- 3.2.2 Hochfrequenz- und Mikrowellenleistungstransistoren..- 3.2.3 Verbundtransistoren.- 3.3 Sonderformen von Bipolartransistoren.- 3.3.1 Hetero-Bipolartransistor.- 3.3.2 Unijunctiontransistor, Doppelbasisdiode.- 3.3.3 Permeable Base-Transistor.- 4 Thyristoren. Diacs, Triacs.- 4.1 Thyristor.- 4.1.1 Kennlinien. Eigenschaften.- 4.1.2 Bauformen.- 4.1.3 Sonderformen von Thyristoren.- 4.2 Diac und Triac.- 4.2.1 Diac.- 4.2.2 Triac (Zweiwegthyristor).- 4.3 Thyristoren und Triacs im Grundstromkreis.- 4.3.1 Beschaltungsmaßnahmen.- 4.3.2 Zündschaltungen.- 4.3.3 Abschalten des Thyristors.- 4.3.4 Anwendungen.- 4.3.5 Vergleich von Leistungshalbleiterbauelementen.- 5 Feldeffekttransistoren.- 5.1 Sperrschichtfeldeffekttransitor.- 5.1.1 Wirkprinzip. Kennliniengleichung.- 5.1.2 Kleinsignal- und Hochfrequenzverhalten.- 5.1.3 Transistormodelle.- 5.1.4 Bauformen.- 5.1.5 Leistungs-Sperrschichtfeldeffekttransistor.- 5.2 Schottky-Gate-Feldeffekttransistoren.- 5.3 Selektiv dotierte Heterofeldeffekttransistoren, HEMT.- 5.4 Anwendungen, Vergleich verschiedener Transistorarten.- 6 MIS-Feldeffektbauelemente.- 6.1 MOS-Kondensator.- 6.1.1 Wirkprinzip.- 6.1.2 MIS-Bauelemente.- 6.2 MOS-Feldeffekttransistor.- 6.2.1 Wirkprinzip. Aufbau.- 6.2.2 Statische Eigenschaften. Kennlinien.- 6.2.3 Kleinsignal-, Hochfrequenzverhalten. Ersatzschaltung.- 6.2.4 MOSFET-Modelle.- 6.2.5 Bau und Ausführungsformen.- 6.3 MOS-Leistungstransistoren.- 6.3.1 Ausführungsformen.- 6.3.2 Kennwerte und Eigenschaften.- 6.3.3 MOS-Verbundtransistoren.- 6.3.4 Vergleich von Leistungsbauelementen.- 6.4 Speicher-MOS-Feldeffekttransistoren.- 7 Ladungstransferelemente.- 7.1 Wirkprinzipien und Eigenschaften.- 7.1.1 Eimerkettenstruktur.- 7.1.2 Oberflächenladungstransferelemente.- 7.1.3 Volumenladungstransferelemente.- 7.2 Weitere Ladungstransferstrukturen.- 7.3 Anwendungen.- C Bauelemente auf Basis von Volumeneffekten.- 8 Dielektrische Diode. MIM-(MSM-)Struktur.- 8.1 Volumenbegrenzte Vorgänge.- 8.1.1 Einträgerinjektion.- 8.1.2 Doppelinjektion.- 8.2 Kontaktbegrenzung.- 9 Transferelektronenbauelemente.- 9.1 Aufbau und Wirkprinzip.- 9.1.1 Elektronentransfermechanismus, Raumladungsinstabilitäten.- 9.1.2 Betriebsbereiche, Stabilität.- 9.1.3 Strom-Spannungs-Kennlinie des Gunnelementes.- 9.1.4 Kleinsignalverhalten.- 9.2 Großsignalverhalten.- 9.2.1 Dipoldomänen.- 9.2.2 Oszillatorbetrieb, weitere Domänenarten.- 9.2.3 LSA-Betrieb.- 9.3 Bauelemente und Anwendungen.- 9.3.1 Bauelemente, Bau- und Herstellungsformen.- 9.3.2 Anwendungen.- Anhang A, B.- Sachwortverzeichnis.

O autorze

Prof. Dr.-Ing. Reinhold Paul lehrt an der TU Hamburg-Harburg im Fachbereich Elektrotechnik/Technische Elektronik.