Grundlagen der Halbleiterphysik: was Studierende der Physik und Elektrotechnik wissen sollten
Gespeichert in:
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| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin, Germany
Springer Spektrum
[2018]
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| Schriftenreihe: | Lehrbuch
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INHALTSVERZEICHNIS
1 QUANTENMECHANIK
.
1
1.1 MAERCHENSTUNDE - ES WAR E IN M A
L. 1
1.2 QUANTENMECHANIK: EINIGE FORMALE GRUNDLAGEN
.
7
1.2.1 DIE
UNSCHAERFERELATION.
8
1.2.2 SCHROEDINGER-GLEICHUNG UND OPERATOREN
.
16
1.2.3 DIE BRACKET-SCHREIBWEISE
.
22
1.2.4 DIE UNSCHAERFERELATION AUS STATISTISCHER SICHT
.
23
1.3 LOESUNGEN DER SCHROEDINGER-GLEICHUNG FUER EINFACHSTE F AE LLE
.
23
1.3.1 TRANSMISSION EINER POTENTIALSTUFE
.
25
1.3.2 TRANSMISSIONSKOEFFIZIENT DER EINFACHEN BARRIERE
.
27
1.3.3 DIE WKB-NAEHERUNG FUER TRANSMISSIONSKOEFFIZIENTEN . 29
1.3.4
TUNNELSTROEME.
30
1.3.5 DER UNENDLICH TIEFE POTENTIALTOPF
.
33
1.3.6 DER HARMONISCHE O
SZILLATOR. 36
1.3.7 DAS COULOMB-POTENTIAL (WASSERSTOFF).
37
1.4 PERIODISCHE POTENTIALE: 1-D MODELLKRISTALLE
.
38
1.4.1 GEKOPPELTE POTENTIALTOEPFE
.
39
1.4.2 DAS
KRONIG-PENNEY-MODELL. 42
1.4.3
BLOCH-OSZILLATIONEN.
49
1.4.4 TEMPERATURABHAENGIGE BANDLUECKEN.
52
1.5 ISOLATOREN, HALBLEITER UND M ETALLE
.
53
1.6 ZEITABHAENGIGE PROZESSE: FERMI*S GOLDENE R E G E L
.
55
2 K
RISTALLE.
57
2.1 DIAMONDS ARE A GIRL*S BEST FRIEND, ABER NICHT NUR DAS
.
57
2.2
GITTERTYPEN.
58
2.2.1 EINIGE
DEFINITIONEN.
58
2.2.2 FCC- UND
BCC-GITTER.
60
2.2.3 DAS WASSERSTOFFATOM, ORBITALE UND KRISTALLE
.
62
2.2.4 DAS PERIODENSYSTEM DER ELEM
ENTE. 65
2.2.5
MILLER-INDIZES.
67
2.2.6 FIATS*N
NOTCHES.
70
2.3 GRUPPENTHEORIE, NEIN
DANKE. 71
2.4 ROENTGENBEUGUNG UND DAS REZIPROKE G
ITTER. 71
2.4.1 DEFINITION DES REZIPROKEN G ITTERS
.
72
2.4.2 GEGENUEBERSTELLUNG VON DIREKTEN UND REZIPROKEN GITTERN . . 75
2.4.3 BRAGG-REFLEXION IM REZIPROKEN G ITTE
R. 76
2.5 D
EFEKTE.
78
2.6 DAS WASSERSTOFFMODELL FLACHER
STOERSTELLEN.
.
. 79
3 DAS KONZEPT DER EFFEKTIVEN M A S S E
. 85
3.1 EFFEKTIVE MASSEN? - WAS SOLL DAS DENN SE IN ?
. 85
3.2 DAS
BLOCH-THEOREM.
87
3.3 DIE DEFINITION DER EFFEKTIVEN MASSE
.
90
3.4 ELEKTRONEN UND LOECHER
.
94
3.5
ZYKLOTRONRESONANZ.
96
3.6 KP-THEORIE, NEIN DANKE
. 98
4 HALBLEITERSTATISTIK UND D OTIERUNG
.
99
4.1 WIE VIELE ELEKTRONEN GIBT ES EIGENTLICH IM H ALBLEITER?
.
99
4.2 DIE ZUSTANDSDICHTE DES FREIEN TEILCHENS
.
100
4.2.1
3-D-ZUSTANDSDICHTE.101
4.2.2
2-D-ZUSTANDSDICHTE.102
4.2.3
1-D-ZUSTANDSDICHTE.102
4.3 DIE ZUSTANDSDICHTE IM REALEN HALBLEITER
.
103
4.4 INTRINSISCHE UND DOTIERTE H
ALBLEITER.107
4.4.1 BERECHNUNG DER ELEKTRONENDICHTE
.107
4.4.2 DAS
MASSENWIRKUNGSGESETZ.112
4.5 BESETZUNGSSTATISTIK VON DONATOREN UND AKZEPTOREN
.
114
4.6 HOEHER DOTIERTE H ALBLEITER
.
120
5 DER PN-UEBERGANG UND SEINE FREUNDE
.
123
5.1 PN-UEBERGAENGE - WOZU SIND DIE G
UT?.
.
. 123
5.2 DER PN-UEBERGANG UND DIE EINGEBAUTE SPANNUNG
.
124
5.2.1 DIE EINGEBAUTE SPANNUNG UND DIE HALBLEITERSTATISTIK . 126
5.2.2 BERECHNUNG DER RAUMLADUNGSZONE MIT DER
POISSON-GLEICHUNG.
127
5.3 DOTIERUNGSBESTIMMUNGEN AUF SCHOTTKY-DIODEN
.
131
5.3.1 CV-KURVEN UND DOTIERUNGSBESTIMMUNGEN
.
131
5.3.2 C(V)-TIEFENPROFILE
.
134
5.4 JFETS UND M E SFE T S
.
136
6
STREUPROZESSE.
141
6.1 ELEKTRONEN IM KNEIPENVIERTEL
.141
6.2 ELASTISCHE
STREUPROZESSE.142
6.2.1 STOERSTELLENSTREUUNG
.
142
6.2.2 WEITERE ELASTISCHE STREUPROZESSE
.
145
6.3 NICHTELASTISCHE STREUPROZESSE: PHONONEN
.
147
6.3.1 ATOME IM KRISTALL: EIN FEDER-MASSE-SYSTEM
.
149
6.3.2 AKUSTISCHE PHONONEN: DIE EINATOMIGE K ETTE
.
150
6.3.3 DIE PHONONENZUSTANDSDICHTE UND DER SCHWARZE STRAHLER . . 154
6.3.4 DIE ZUSTANDSDICHTE IM DEBYE-MODELL
.
157
6.3.5 DIE ZUSTANDSDICHTE IM MODELL DER LINEAREN KETTE
.
158
6.3.6 LO-PHONONEN: DIE ZWEIATOMIGE KETTE
.159
6.3.7 LO-PHONONEN: DIE MOLEKUELKETTE MIT ZWEI KRAFTKONSTANTEN 163
6.4 GESAMTLEITFAEHIGKEIT UND STREUPROZESSE
.
166
6.5 SAETTIGUNGSDRIFTGESCHWINDIGKEIT UND BEWEGLICHKEIT
.
167
6.6 OPTISCHE UEBERGAENGE UND STREUPROZESSE
.
172
7 KLASSISCHER E
LEKTRONENTRANSPORT.175
7.1 STROM! ENDLICH GIBT ES STROM!
.175
7.2 DAS DRUDE-M
ODELL.
176
7.3 DER KLASSISCHE H ALL-E FFEKT
.
178
7.3.1 HALL-EFFEKT UND LEITFAEHIGKEITSTENSOR
.
181
7.3.2 HALL-MESSUNGEN IN VAN-DER-PAUW-GEOMETRIE.183
7.3.3 HALL-MESSUNGEN IN HALL-GEOMETRIE
.
185
8 DIE BOLTZM
ANN-TRANSPORTGLEICHUNG.187
8.1 STROMTRANSPORT IM MIKROSKOPISCHEN WELTBILD
.
187
8.2 DIE BOLTZMANN-GLEICHUNG
.
188
8.3 RELAXATIONSZEITNAEHERUNG FUER STREUPROZESSE
.
190
8.4 ELASTISCHE STREUPROZESSE IM ELEKTRISCHEN F E L D
.
191
8.5 INELASTISCHE STREUUNG IM ELEKTRISCHEN F E L D
.
194
8.6 MITTELUNGSPROZEDUREN FUER DIE STREUZEIT R
.
195
8.7 BERECHNUNG VON R FUER DIVERSE STREUPROZESSE
.
197
8.7.1 STREUUNG AN IONISIERTEN STOERSTELLEN
.
197
8.8 DER HALL-EFFEKT UND DIE BOLTZMANN-GLEICHUNG
.
200
9 OPTISCHE UEBERGAENGE IN H
ALBLEITERN.207
9.1 HALBLEITEROPTIK IST WICHTIGER, ALS MAN M
EINT.207
9.2 OPTISCHE UEBERGAENGE IN INDIREKTEN H
ALBLEITERN.208
9.2.1 ABSORPTION
.208
9.2.2 EMISSION (STRAHLENDE REKOMBINATION)
.
210
9.3 OPTISCHE UEBERGAENGE IN DIREKTEN
HALBLEITERN.212
9.3.1 DIE KOMBINIERTE ZUSTANDSDICHTE
.213
9.3.2 ABSORPTION UND EMISSION IN DIREKTEN HALBLEITERN
.
215
9.3.3 BERECHNUNG DER DIELEKTRIZITAETSKONSTANTE IM DRUDE-MODELL 216
10 DIFFUSION &
CO.223
10.1 DIFFUSION IM
ALLTAG.223
10.2
DIFFUSIONSSTROEME.
224
10.3 SIMULTANER DRIFT- UND DIFFUSIONSTRANSPORT
.
225
10.4 KONTINUITAETSGLEICHUNGEN
.
227
10.5 REKOM
BINATION.
228
10.5.1 REKOMBINATION UEBER TIEFE STOERSTELLEN
.
228
10.5.2 STRAHLENDE REKOMBINATION
.
233
10.5.3 REKOMBINATION UEBER AUGER-PROZESSE
.
236
10.6 DIE HALBLEITER-GRUNDGLEICHUNGEN
.
237
10.7 DIFFUSION INJIZIERTER
LADUNGSTRAEGER.239
10.7.1 ZEITLICHES ABKLING
VERHALTEN.239
10.7.2 STATIONAERE INJEKTION
.
240
10.7.3 STATIONAERE INJEKTION BEI EINER PROBE ENDLICHER LAENGE . 242
10.7.4 SHOCKLEY-HAYNES-EXPERIMENT
.
245
10.8 STROMFLUSS IN
DIODEN.247
10.8.1 STROMFLUSS IN PN-D
IODEN.247
10.8.2 STROMFLUSS IN SCHOTTKY-DIODEN
.
251
10.8.3 OHMSCHE
KONTAKTE.253
10.9 DER
PNP-TRANSISTOR.
254
10.9.1
STROMVERSTAERKUNG.
258
10.10 DER
NPN-TRANSISTOR.
261
11 MOS S
TRUKTUREN.
263
11.1 WAS SIND MOSFETS UND WO BRAUCHT MAN D IE ?
.263
11.2 DAS BANDPROFIL DER MOS-STRUKTUR
.
265
11.2.1 C(V)-KURVEN VON MOS-STRUKTUREN
.
267
11.2.2 HOCHFREQUENZ-C(V) KURVEN VON M OS-STRUKTUREN
.
272
11.3 MOSFET-KENNLINIEN
.
273
12 H ETERO STRU K TU REN
.
277
12.1 HERSTELLUNG UND TYPISCHE
ANWENDUNGEN.277
12.2 TYP-I UND
TYP-II-HETEROSTRUKTUREN.278
12.3 DER HIGH-ELECTRON-MOBILITY-TRANSISTOR
.280
12.3.1 A
UFBAU.280
12.3.2 SCHWELLSPANNUNG UND
ELEKTRONENDICHTE.282
12.4 DER
GAN-ALGAN-HEMT.282
13 A
NHANG.
285
13.1 SCHWINGUNGEN, WELLEN UND IHRE D G LS
.
285
13.1.1 DIE
SCHWINGUNGSGLEICHUNG.285
13.1.2 DIE
WELLENGLEICHUNG.288
13.1.3 DIE
SCHROEDINGER-GLEICHUNG.291
13.2 5-FUNKTIONEN
.292
13.2.1 ZUSTAENDE IM 5 -T O P F
.
294
13.2.2 STREUUNG AM (5-TOPF
.
295
13.2.3 DAS KRONIG-PENNEY-MODELL MIT ^-FUNKTIONEN
.
296
13.3
FOURIER-TRANSFORMATIONEN.300
13.3.1 FOURIER FUER D UM M
IES.300
13.3.2 WELLENPAKETE
.
301
13.3.3 HERR FOURIER IM A U TO
.303
13.3.4 FOURIER IM F ILTE R
.
303
13.3.5 FOURIER IN DIFFERENTIALGLEICHUNGEN
.
303
13.4 WIE ZEICHNE ICH EIN
BANDSCHEMA?. 305
13.4.1
SCHOTTKY-DIODE.305
13.4.2 PN-UEBERGANG
.
306
13.4.3
HETEROSTRUKTUR.309
L
ITERATUR.
313
SACHVERZEICHNIS.317 |
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Beschreibung