Ziel der Vorlesung

Vermittlung der Grundlagen, um Halbleiter-Bauelemente wie Transistoren, Dioden, LASER beschreiben zu können. Dazu wird entwickelt:

• Verständnis der elektronischen Eigenschaften von Festkörpern (Halbleiter, Metalle, Isolatoren) 
  • elektrische Leitfähigkeit: Bewegung von Elektronen in fester Materie
  • optische Absorption und Emission
  • Elektronen und Löcher
• Anwendung von Halbleitermaterialien
  • Beeinfussung der Laungsträgerdichte durch äußere Felder (elektrisch und magnetisch) sowie Licht
  • Beschreibung wichtiger Grenzflächen: Oxid-Halbleiter (CMOS) und pn-Diode
  • Prinzip von LED und Halbleiter-LASER
• Elektron: Teilchen und Welle
  • Grundlagen der Quantenmechanik für Ingenieure 
  • Wellenfunktion
  • periodische Potentiale im Halbleiter-Kristall
  • Bänder und Energielücke 
  • Beschreibung der Bewegung von Elektronen und Löchern im Kristall
  • elektronische Qubits

Inhalte der Vorlesung

• einfache quantenmechanische Systeme
  • Quantentopf
  • Kronig-Penney-Modell 
  • Tunneleffekt
  • niederdimensionale Elektronengase 
• Entwicklung der Bandstruktur im Kronig-Penney-Modell (1D)
  • Valenz- und Leitungsband
  • Energielücke
  • effektive Masse, Beweglichkeit, Sättigungsgeschwindigkeit
• Semiklassisches Halbleitermodell
  • Besetzungswahrscheinlichkeit, Verteilungsfunktion, Zustandsdichte
  • Drift und Diffusion
  • Halbleitergleichungen: Verknüpfung von Feldern, Ladungsdichte, Strömen

Voraussetzungen

• etwas Mathematik  
  • Integration, Differentiation
  • komplexe Zahlen  
  • einfache lineare Gleichungssysteme 

Organisation

Das Modul Festkörperelektronik besteht aus Vorlesung, Übung und Tutorium. In der Übung werden Aufgaben vorgerechnet, die in ähnlicher Form in der schriftlichen Klausur auftreten. Die Teilnahme am Tutorium ist freiwillig, allerdings sehr zu empfehlen - hier werden wichtige Konzepte wiederholt und an Beispielaufgaben erläutert.