Halbleiterbauelemente

ISBN-13: 9783322999818 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 426 str.

Karl-Heinz Locherer

Opis

Dieser Band schlie13t in der Moeller'schen Lehrbuchreihe "Leitfaden der Elek trotechnik" an die Darstellung der "Elektrischen Leitung in Festkbrpern" im Abschnitt 2.4 des Teilbandes 113 an. Nachdem dort die physikalischen Grundla gen der elektrischen Leitungsmechanismen in homogenen Halbleitern und Me tall en behandelt wurden, wird hier eine Obersicht daruber gegeben, in welch vielfaltiger Weise die elektrischen Eigenschaften von Grenzflachen zwischen Halbleitern entgegengesetzten Leitungstyps bzw. zwischen einem Halbleiter und einem Metall oder zwischen einem Halbleiter und einem Isolator fUr Bauelemen te der elektrischen Nachrichten- und Energietechnik genutzt werden kbnnen. Neben der Beschreibung des Aufbaus und der Wirkungsweise dieser Bauelemen te werden auch Hinweise auf Anwendungen gegeben. Auf umfangreiche mathe matische Darstellungen wird verzichtet; vielmehr wird versucht, durch die Ver bindung vereinfachter mathematischer Beschreibungen mit anschaulichen Ober legungen und Analogiebetrachtungen das Verstandnis fUr die Eigenschaften der Bauelemente zu gewinnen. Bei der Auswahl von Bildmaterial aus der Literatur haben didaktische Gesichtspunkte im V ordergrund gestanden. Aus der Vielfalt der Halbleiterbauelemente kann dieses Buch naturlich nur eine Auswahl bieten. Diese erfolgt in der Regel unter dem Gesichtspunkt ihrer tech nischen Bedeutung; sie soli aber auch zum Ausdruck bringen, in welch vielfalti ger Weise durch Materialeigenschaften der elektrotechnischen Festkbrperwerk stoffe Halbleiter, Metalle und Isolatoren bedingte physikalische Effekte und de ren Zusammenwirken zur Realisierung verschiedenartiger Bauelementefunktio nen genutzt werden kbnnen.

Spis treści

1 Übergänge zwischen Halbleitern, Metallen und Isolatoren.- 1.1 Der einfache pn-Übergang.- 1.1.1 Der stromlose idealisierte pn-Übergang.- 1.1.2 Der gleichstromdurchflossene idealisierte pn-Übergang.- 1.1.2.1 Die Strom-Spannungs-Charakteristik.- 1.1.2.2 Die Termperaturabhängigkeit.- 1.1.3 Abweichungen bei realen pn-Übergängen.- 1.1.3.1 Generation und Rekombination in der Raumladungszone.- 1.1.3.2 Oberflächenrekombination.- 1.1.3.3 Verhalten bei großen Strömen.- 1.1.3.4 Durchbruchserscheinungen.- 1.1.4 Der wechselstromdurchflossene pn-Übergang.- 1.1.4.1 Kleinsignalverhalten.- 1.1.4.2 Großsignalverhalten.- 1.2 Der pin- und psn-Übergang.- 1.2.1 Die stationäre Strom-Spannungs-Charakteristik.- 1.2.2 Der wechselstromdurchflossene Übergang.- 1.2.2.1 Kleinsignalverhalten.- 1.2.2.2 Großsignalverhalten.- 1.3 Der Metall-Halbleiter-Übergang.- 1.3.1 Verarmungs- und Anreicherungs-Randschichten.- 1.3.2 Der gleichstromdurchflossene Schottky-Übergang.- 1.3.3 Der wechselstromdurchflossene Schottky-Übergang.- 1.4 Der Metall-Isolator-Halbleiter-Übergang.- 1.4.1 Bändermodell und Kapazität der idealen MIS-Struktur.- 1.4.2 Korrekturen für reale MIS-Strukturen.- 2 Dioden.- 2.1 Gleichrichter- und Mischdioden.- 2.1.1 Punktkontakt-Dioden. Spitzendiode. Golddrahtdiode.- 2.1.2 Die Rückwärtsdiode.- 2.1.3 Die Schottky-Diode.- 2.1.4 Leistungsgleichrichter.- 2.2 Z-Dioden.- 2.3 Schaltdioden.- 2.4 Varaktordioden.- 2.4.1 Sperrschicht-Varaktoren.- 2.4.2 Speicher-Varaktoren.- 2.4.3 MIS-Varaktoren.- 2.5 Die pin-Diode als HF-Varistor und -Schalter.- 2.6 Aktive Mikrowellen-Dioden.- 2.6.1 Die Lawinen-Laufzeit-Diode.- 2.6.2 Die Baritt-Diode.- 2.6.3 Das Gunn-Element.- 2.6.4 Die Tunneldiode.- 2.7 Lichtempfindliche Dioden.- 2.7.1 Empfangsdioden.- 2.7.1.1 Die Photodiode.- 2.7.1.2 Die Lawinen-Photodiode.- 2.7.1.3 Das Photoelement.- 2.7.2 Sendedioden.- 2.7.2.1 Lumineszenzdioden.- 2.7.2.2 Laserdioden.- 3 Feldeffekt-Transistoren.- 3.1 Das Funktionsprinzip. Typenübersicht.- 3.2 Der FET mit nicht-isolierender Steuerelektrode (NIGFET).- 3.2.1 Der Aufbau des inneren Transistors.- 3.2.2 Der gleichstromdurchflossene innere Transistor.- 3.2.2.1 Die Strom-Spannungs-Charakteristik.- 3.2.2.2 Kennlinienfelder, Kenngrößen für den dynamischen Betrieb und Kleinsignal-Ersatzschaltung.- 3.2.2.3 Die Temperaturabhängigkeit des Drainstromes.- 3.2.3 Korrekturen für reale pn- und MES-FETs. Der praktische Arbeitsbereich.- 3.2.4 Sonderbauformen.- 3.2.4.1 Der NIGFET mit Substratsteuerung.- 3.2.4.2 Der NIGFET mit zwei Gates (Dual-Gate FET, Tetrode).- 3.2.4.3 Der MESFET mit verbesserten HF-Eigenschaften.- 3.3 Der FET mit isolierender Steuerelektrode (IGFET).- 3.3.1 Der Aufbau des inneren Transistors. Selbstsperrender und selbstleitender Typ.- 3.3.2 Der gleichstromdurchflossene innere Transistor.- 3.3.2.1 Die Strom-Spannungs-Charakteristik.- 3.3.2.2 Kennlinienfelder und dynamische Kenngrößen.- 3.3.2.3 Die Temperaturabhängigkeit des Drainstromes.- 3.3.3 Korrekturen für reale IGFETs. Vorsichtsmaßnahmen.- 3.3.4 Sonderbauformen.- 3.3.4.1 Der IGFET mit Substratsteuerung.- 3.3.4.2 Der IGFET mit zwei Gates (Dual-Gate MOS-FET, Tetrode).- 3.3.4.3 Der MOS-Leistungstransistor.- 4 Bipolartransistoren.- 4.1 Das Funktionsprinzip. Typenübersicht.- 4.2 Der Aufbau des inneren Transistors.- 4.3 Der gleichstromdurchflossene innere Transistor.- 4.3.1 Ladungsträgerverteilung und Potentialverlauf im Transistor mit homogen dotierter Basis.- 4.3.2 Die Strom-Spannungs-Charakteristiken.- 4.3.2.1 Die drei Schaltungsarten.- 4.3.2.2 Kenngrößen für den stationären Betrieb.- 4.3.2.3 Kennlinienfelder.- 4.3.2.4 Kenngrößen für den dynamischen Betrieb und Kleinsignal-Ersatzschaltung.- 4.3.2.5 Die Temperaturabhängigkeit des Kollektorstromes.- 4.4 Korrekturen für reale Transistoren.- 4.5 Der praktische Arbeitsbereich.- 4.6 Sonderbauformen.- 4.6.1 Der Hetero-Bipolartransistor (HBT).- 4.6.2 Der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT).- 4.6.3 Der Permeable-Base Transistor (PBT).- 5 Thyristoren.- 5.1 Strom-Spannungs-Beziehungen für Vierschichtstrukturen.- 5.2 Thyristor-Dioden.- 5.2.1 Die rückwärtssperrende Diode.- 5.2.2 Die bidirektionale Diode (Diac).- 5.3 Thyristor-Trioden.- 5.3.1 Die rückwärtssperrende Thyristor-Triode (Thyristor).- 5.3.2 Vom Thyristor abgeleitete Bauelemente.- 5.4 Thyristor-Tetroden.- 1 Ergänzende Bücher und Tabellenwerke.- 2 Physikalische Konstanten.- 3 Formelzeichen.- 4 Erläuterungen wichtiger Begriffe.

O autorze

Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Löcherer, Universität Hannover