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Erschienen in:
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2015 | OriginalPaper | Buchkapitel

3. Halbleiter-Bauelemente – durch Verunreinigung Perfektion erreichen

verfasst von : Martin Poppe

Erschienen in: Prüfungstrainer Elektrotechnik

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden Halbleiter-Materialien, ihre Eigenschaften und deren Modifizierung durch das Dotieren beschrieben. Ausgehend von der Bänderstuktur der Halbleiter wird das Verhalten von PN-Übergängen, Halbleiter-Metall Kontakten und deren Durchbruchmechanismen diskutiert. Darauf aufbauend werden die Funktionen und die Kennlinien von Solarzellen, PN-, Schottky- und Zener-Dioden beschrieben. Es folgen Kennlinien und Betriebszustände der Bipolar Transistoren. Die Funktion und die Kennlinie des MOS Transistors inklusive der neuen 3D Transistoren werden aus den Eigenschaften des Dünnoxyd-Kondensators hergeleitet.
Es werden Modelle für vereinfachte Schaltungsberechnungen vorgestellt und diskutiert. Mit Hilfe dieser Modelle werden Tests auf die jeweiligen Betriebszustände entwickelt.
Es folgt die Beschreibung der Funktionsweise und Einsatzfelder von Thyristoren, Leistungstransistoren und IGBTs.

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Fußnoten
1
Bajuwarisch A hirnloser Schmarrn.
 
2
Das Elektron hat einen halbzahligen Spin. Für diese Art von Teilchen gilt das so genannte Pauli-Prinzip, nach dem die Gesamtwellenfunktion antisymmetrisch gegenüber einer Vertauschung der Teilchen sein muss. Dies wird erreicht, wenn genau zwei Teilchen mit unterschiedlichem Spin das Niveau besetzen.
 
3
Dieser Tatsache liegt ein fundamentales physikalisches Prinzip zu Grunde. Die stabilsten Verhältnisse sind immer die mit der minimalen Energie. Da sich Elektronen gegenseitig abstoßen, bedeutet ein großer Abstand eine niedrige Energie.
 
4
Genau genommen wird mit steigender Temperatur die Bandlücke etwas schmaler.
 
5
Wörtlich: die dem Halbleiter eigene Elektronendichte.
 
6
p wie positiv, denn das Fehlen eines negativ geladenen Elektrons kann elektrisch wie eine zusätzliche positive Ladung an der Fehlstelle beschrieben werden.
 
7
Bei hohen Temperaturen steigt die Fermi-Energie jedoch leicht an.
 
8
Lateinisch: Geber, denn es gibt dem Kristall ein zusätzliches Elektron.
 
9
Majorität heißt Mehrzahl.
 
10
Die durchschnittliche Elektronenenergie bei der Temperatur T ist \(E=kT=U_{T}e\).
 
11
Das heißt in 3.10, dass die Energie auf der linken Seite verringert wird.
 
12
Dies ist jedoch ein Fall, der praktisch nie eintritt. Schon unterhalb von U D ist die Kennlinie einer Diode (s. u.) so steil, dass U D nicht erreicht wird.
 
13
William B. Shockley, John Bardeen und Walter H. Brattain bekamen 1956 für die Entdeckung des Transistors den Nobelpreis.
 
14
Licht emittierende Diode oder engl: light emitting diode
 
15
Bei einem Verbraucher fließt der Strom in Richtung \(+\rightarrow-\), bei einem Generator in umgekehrter Richtung.
 
16
Man kann, da Ladung gespeichert wird, auch von einer großen Diffusionskapazität sprechen.
 
17
Technologisch sind Source und Drain identisch. Welcher von beiden Anschlüssen was ist, wird nur durch die Beschaltung festgelegt. Beim NMOS-Transistor hat die Source das niedrigere, beim PMOS-Transistor das höhere Potenzial. Durch diese Konvention ist sichergestellt, dass ein Kanal entweder durchgängig oder Source-seitig angebunden ist. Wenn er wächst, dann von der Source zur Drain und nicht umgekehrt.
 
18
Zwischen dem Kanalende und der Drain passiert also das Gleiche wie in der Verarmungszone zwischen Basis und Kollektor eines Bipolar-Transistors im Vorwärtsbetrieb.
 
19
Es gibt keine allgemeingültigen Kleinsignal-Ersatzschaltbilder für Transistoren. Denn diese sind Abbild der verwendeten Gleichungssysteme. Ständen anstatt U BE und I C zum Beispiel I B und I C auf der linken Seite von (3.30), so ergäben sich andere Bilder.
 
20
Zeichnet man Schaltungen so, dass der Strom von oben nach unten fließt und die Pfeile an den Transistoren in die gleiche Richtung zeigen, dann vermeidet man fast alle Vorzeichenprobleme.
 
21
Ein Kollege wies mich darauf hin, dass das Messen in Badehose in seinem Labor ohnehin nicht gestattet sei.
 
22
Die Funktion der Eingangs-NPN-Transistoren von TTL-Gattern beruht auf einem sehr kleinen Wert für B r .
 
23
Kondensatoren mit mehreren Dielektrika werden im 2 diskutiert.
 
Literatur
1.
2.
Hunklinger S (2007) Festkörperphysik. Wissenschaftsverlag, Oldenbourg, ISBN 978-3486575620
3.
4.
5.
Küpfmüller K, Mathis W, Reibiger A (2008) Theoretische Elektrotechnik. 18. Auflage Springer, ISBN 3540785892
6.
Neundorf D, Pfendtner R, Popp H-P (1997) Elektrophysik. Springer Berlin, ISBN 540-62996-3
7.
Göbel H (2014) Einführung in die Halbleiter-Schaltungstechnik. Springer, Berlin, 5. Auflage, ISBN 978-3-642-53869-8
Metadaten
Titel
Halbleiter-Bauelemente – durch Verunreinigung Perfektion erreichen
verfasst von
Martin Poppe
Copyright-Jahr
2015
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Buch
Prüfungstrainer Elektrotechnik

Print ISBN: 978-3-662-47953-7

Electronic ISBN: 978-3-662-47954-4

Copyright-Jahr: 2015

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-47954-4_3

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