Die Studierenden vertiefen ihr in der VU Halbleiterphysik (362.069) erworbenes Wissen über die Funktionsweise von mikroelektronischen Bauelementen. Im theoretischen Teil werden die wichtigsten Eigenschaften von Halbleitern, die Grundlagen der numerischen Bauteilsimulation und die Funktionsprinzipien wichtiger Bauelemente zusammengefasst. Im Übungsteil kommt ein am Institut für Mikroelektronik entwickelter Bauelementsimulator zum Einsatz, welcher online über ein Java-Webinterface angesteuert werden kann. Dieser Simulator erlaubt es, allgemeine Bauelemente nach hinreichender Spezifikation der Geometrie und der Dotierstoffverteilung zu simulieren. Verteilte Größen wie zum Beispiel das Potential, die Ladungsträgerkonzentrationen und die Bandkanten können graphisch dargestellt werden. Durch Variation der Beschaltung, der Geometrie und des Dopings wird hiermit ein tiefes Verständnis der Funktionsweise mikroelektronischer Bauelemente erworben.

Nach einer kurzen Einführung in die Simulationsumgebung werden zuerst elektrostatische Probleme betrachtet, wie z.B. Linienleiter und Plattenkondensator. Für diese einfachen Problemstellungen 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.

Vorbesprechung: im Rahmen der ersten Vorlesung am 5. März 2014

Zeit: Mittwoch, 11:00-13:00

Ort: Seminarraum des Institutes für Mikroelektronik, CD 0520. 

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

Als Leistungsnachweis dienen die dokumentieren Übungsbeispiele.

Die Folien zum Vorlesungsteil sowie ausgearbeitete Musterbeispiele und Übungsangaben werden den Studierenden in den jeweiligen Vorlesungsteilen zur Verfügung gestellt.