Halbleiter

ISBN-13: 9783322848505 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 626 str.

Hanno Schaumburg; Hanno Schaumburg

Opis

Dem vorliegenden Band 2 der Reihe "Werkstoffe und Bauelemente der Elektrotechnik" mit dem Titel "Halbleiter" liegen zwei Zielsetzungen zugrunde: erstens werden die physikalischen Grundlagen fUr die Funktionsweise von Bauelemen ten auf einer so breiten Basis erarbeitet, daB sie nicht nur auf die in diesem Band behan delten "Standard"-Bauelemente angewendet werden konnen, sondem auch auf eine Vielzahl weiterer spezialisierter Bauelemente (wie z. B. Sensoren), welche erst in spate ren Banden dieser Reihe ausfUhrlich beschrieben werden. Die fUr die Berechnung des Bauelementverhaltens unentbehrlichen Ausgangsgleichungen werden aus den Grund lagen der Festkorper -und Quantenphysik hergeleitet, sowie aus der Gibbschen Thermo dynamik, deren Nutzen dem Leser des ersten Bandes dieser Reihe, "Werkstoffe," bereits bestens vertraut ist. Auch in diesem Band werden nur elementare Grundkenntnisse aus der Physik, Chemie und Mathematik vorausgesetzt, fortgeschrittene Zusammenhange werden in kurzer und teilweise vereinfachter Form eingefUhrt. Das Buch ist so aufge baut, daB der weniger grundlageninteressierte Leser einige dieser - zwangslaufig theo retischer angelegten - Abschnitte iiberschlagen kann, da die Ergebnisse in einem spate ren Kapitel zusarnmengefaBt und leicht verstandlich wiederholt werden. Haufig wird der Leser aber feststellen, daB ein tiefergehendes Verstandnis dennoch das "feeling" fUr das Bauelementverhalten erheblich verbessert und daher zu einem befriedigenderen Er gebnis fUhrt. zweitens wird eine anwendungsnahe und praxisbezogene EinfUhrung in Werkstoffei genschaften der Halbleiter Germanium, Silizium und Galliumarsenid, den Autbau und die elektrische Funktion der am haufigsten angewendeten Halbleiterbauelemente, so wie deren Herstellungstechnologie gegeben."

Spis treści

1 Elektronen gas.- 1.1 Eingeschlossene Elektronen.- 1.1.1 Potentialkästen.- 1.1.2 Born-von Karman Randbedingungen.- 1.1.3 Zustandsdichten.- 1.2 Besetzungsstatistik.- 1.2.1 Fermienergie (chemisches Potential).- 1.2.2 Fermi-Dirac-Statistik.- 1.2.3 Klassischer Grenzfall: Boltzmann-Statistik.- 1.3 Eigenschaften von Boltzmanngasen.- 1.3.1 Mittelwerte.- 1.3.2 Unscharfen.- 2 Bandstruktur von Festkörpern.- 2.1 Elektronen in Kristallgittern.- 2.1.1 Freie Elektronen im Gitter.- 2.1.2 Elektronen im periodischen Potential.- 2.2 Elektronen und Löcher in Energiebändern.- 2.2.1 Bandstruktur der Halbleiterwerkstoffe Germanium, Silizium und Galliumarsenid.- 2.2.2 Effektive Massen: Elektronengas in Halbleitern.- 2.2.3 Löcher.- 2.2.4 Quasifermienergien und intrinsische Halbleiter.- 3 Halbleiterwerkstoffe Germanium, Silizium und Galliumarsenid.- 3.1 Eigenschaften der reinen Werkstoffe.- 3.2 Legierungen.- 3.2.1 Flache Störstellen.- 3.2.2 Tiefe Störstellen.- 3.2.3 Silizide.- 3.3 Polykristalline und amorphe Werkstoffe.- 4 Bändermodell von Halbleitern.- 4.1 Kenngrößen des Bändermodells.- 4.2 Besetzungsstatistik und Dotierung.- 4.3 Ladungstransport.- 4.3.1 Chemische Kraft.- 4.3.2 Stromdichtegleichung.- 4.3.3 Beweglichkeit.- 4.3.4 Lawinendurchbruch.- 5 Halbleiterübergänge.- 5.1 Thermisches Gleichgewicht an Halbleiterübergängen.- 5.2 Übergänge zwischen Halbleitern.- 5.2.1 Zusammenhang zwischen Ladung und Bandverlauf.- 5.2.2 Halbleiter-HomoÜbergänge.- 5.2.3 Halbleiter-Heteroübergänge2).- 5.2.4 Grenzflächenladungen2).- 5.3 Übergänge zwischen Halbleitern und Nichthalbleiternx.- 5.3.1 MIS-Übergänge.- 5.3.2 Schottky-Übergänge.- 6 Überschuüladungsträger.- 6.1 Ausgleich unterschiedlicher Ladungsträgerdichten.- 6.1.1 Kontinuitätsgleichung.- 6.1.2 Dielektrische Relaxationszeit.- 6.1.3 Diffusion von Ladungsträgern.- 6.2 Elektron-Loch-Paare.- 6.2.1 Elektronenübergänge im Festkörper.- 6.2.2 Gleichgewicht von Elektronen und Löchern.- 6.2.3 Shockley-Read-Hall-Statistik.- 6.3 Kontinuitätsgleichung mit Generation und Rekombination von Ladungsträgern.- 7 Stromfluü über Barrieren.- 7.1 Energiebarrieren bei Halbleiterübergängen.- 7.2 Stromfluümodelle.- 7.2.1 Diffusionsmodell.- 7.2.2 Thermionische Emission.- 7.2.3 Stromfiuü hinter der Barriere.- 7.3 Vergleich der Stromfluümodelle.- 8 Halbleitertechnologie.- 8.1 Herstellung von Halbleiterscheiben.- 8.1.1 Kristallzucht.- 8.1.2 Epitaxie.- 8.2 Die Planartechnologie.- 8.2.1 Überblick.- 8.2.2 Isolierschichten.- 8.2.3 Metallschichten.- 8.2.4 Polysiliziumschichten.- 8.2.5 Dotierung.- 8.2.6 Lithographie.- 8.2.7 Ätzen.- 8.3 Bonden. Gehäuse und Normen.- 9 Dioden.- 9.1 Energiebarrieren als Bauelemente.- 9.2 Schottky-Dioden.- 9.3 pn-Dioden.- 9.3.1 Elektrische Kenndaten.- 9.3.2 Schaltdioden.- 9.3.3 Zenerdioden.- 9.3.4 pin-Dioden.- 9.3.5 Varaktor-Dioden.- 9.4 MIS-Dioden.- 9.5 Diodenanwendungen.- 10 Transistoren.- 10.1 Steuerbare Energiebarrieren und gesättigte Kennlinien.- 10.2 Bipolare Transistoren.- 10.2.1 Elektrische Kenndaten.- 10.2.2 Hochfrequenztransistoren.- 10.2.3 Schalttransistoren.- 10.2.4 Leistungstransistoren.- 10.3 Sperrschicht-Feldeffekt-Transistorenx.- 10.3.1 Elektrische Kenndaten.- 10.3.2 MESFETs und HEMTs.- 10.4 MOS-Feldeffekt-Transistoren.- 10.4.1 Elektrische Kenndaten.- 10.4.2 Leistungs-MOSFETs.- 10.5 Transistoranwendungen.- 11 Thyristoren.- 11.1 Elektrische Kenndaten.- 11.2 RCTs, DIACs, TRIACs, GTOs.- 12 Integrierte Schaltungen.- 12.1 Bipolare integrierte Schaltungen.- 12.2 Integrierte MOS-Schaltungen.- 13. Wärme in Halbleiterbauelementen.- 13.1 Wärmeentstehung und -ableitung.- 13.2 Sicherer Arbeitsbereich (SOAR).- 14. Rauschen.- 14.1 Rauschquellen.- 14.2 Einfluü auf die Bauelementeigenschaften.- Literatur.- A. Dimensionen und Formelzeichen.- B. Naturkonstanten.- C. Teilchenbewegung und Teilchenstrom.- Cl: Ballistische Bewegung.- C2: Teilchenstromdichte.- C3: Kontinuitätsgleichung.- C4: Raumladungsbegrenzter Strom.- D. Vierpolkoeffizienten.- E. Englische Fachausdrücke.- F. Gehäusetypen von Halbleiterbauelementen.- Stichwortverzeichnis.

O autorze

Prof. Dr. Dr. h.c. Hanno Schaumburg, TU Hamburg-Harburg