Nach positiver Absolvierung der Lehrveranstaltung sind Studierende in der Lage

• den Aufbau und die Funktionsweise wichtiger mikroelektronischen Bauelemente zu beschreiben,
• den Einfluss von Design-Parametern (geometrische Abmessungen, Doping, etc.) auf die Funktion der Bauelemente qualitativ abzuschätzen,
• geeignete  Modelle für die numerische Simulation von Bauelementen zu wählen,
• das Verhalten von Bauelementen in verschiedenen Betriebszuständen mit Hilfe einer TCAD Software zu simulieren.

Nach einer kurzen Einführung in die Simulationsumgebung werden zuerst elektrostatische Problemstellungen betrachtet, wie z.B. Linienleiter und Plattenkondensator. Für diese einfachen Systeme wird die numerische mit der analytischen Lösung verglichen. Im nächsten Schritt werden die Materialeigenschaften von Halbleitern am Beispiel von Silizium untersucht, wie z.B. die Temperatur- und Feldabhängigkeit der Beweglichkeit, die Ladungsträgerdichten als Funktion des Dopings, das Shockley-Haynes Experiment und Drift im Gegensatz zu Diffusion.  Danach wird das zentrale Element der Mikroelektronik, der pn Übergang im Detail betrachtet. Als Beispiele dienen hier pn, p+n, pin und Schottky Dioden, welche sowohl im statischen als auch dynamischen Betrieb untersucht werden (Kleinsignal vs. Großsignal). Den Abschluss bilden die Transistoren, wie z.B. Bipolar Transistor, JFET und MOSFET.  Effekte wie Verstärkung, Temperaturabhängigkeit, Kapazität, Early Effekt im Vergleich zur Kanalweitenmodulation, und Nichtlinearitäten können im Detail als Funktion z.B. des Dopings untersucht werden.

Die Studierenden vertiefen die erworbenen Kenntnisse anhand von selbstständig zu erarbeitenden Übungsbeispielen. Mit Hilfe von Simulationstemplates werden die Grundstrukturen vorgegeben. Nach geeigneter Wahl der geometrischen Abmessungen sowie der Dotierstoffverteilungen werden die Simulationen durchgeführt und die Ergebnisse dokumentiert. Die einzelnen Übungsbeispiele sowie die Simulationsergebnisse werden im Vorlesungsteil laufend diskutiert.

Vortrag über die theoretischen Grundlagen, Simulationsübungen mit anschließender Diskussion der Ergebnisse.

Vorbesprechung: im Rahmen der ersten Vorlesung

Für eine Teilnahme an der Lehrveranstaltung ist eine Anmeldung in TISS erforderlich.

Es sind neun Simulationsaufgaben zu bearbeiten und für jede Aufgabe ein Protokoll zu verfassen. Die Ergebnisse werden gemeinsam diskutiert.