Vorlesungen

Übersicht über die Vorlesungen am LEB

Einordnung und empfohlene Voraussetzungen

Die Vorlesung Halbleiterbauelemente vermittelt die Grundlagen für alle weiteren Vorlesungen am LEB. Die Vorlesung wird sowohl im Wintersemester als auch im Sommersemester angeboten. Empfohlene Voraussetzungen: keine

Lernziele

Die Studierenden besitzen die Kenntnis und das Verständnis der Halbleitergrundlagen, sowie die Kenntnis über wichtige Bauelementtypen und deren Bauelementphysik.

Inhalt

Das Modul Halbleiterbauelemente vermittelt den Studierenden die physikalischen Grundlagen moderner Halbleiterbauelemente. Der erste Teil der Vorlesung befasst sich nach einer Einleitung in die moderne Halbleitertechnik und Halbleitertechnologie mit der Behandlung von Ladungsträgern in Metallen und Halbleitern; und es werden die wesentlichen elektronischen Eigenschaften der Festkörper zusammengefasst. Darauf aufbauend werden im Hauptteil der Vorlesung die Grundelemente aller Halbleiterbauelemente – pn-Übergang, Schottky-Kontakt und MOS-Varaktor – detailliert dargestellt. Damit werden dann zum Abschluss die beiden wichtigsten Transistorkonzepte – der Bipolartransistor und der MOS-gesteuerte Feldeffekttransistor (MOSFET) – ausführlich behandelt. Ein Ausblick, der die gesamte Welt der halbleiterbasierten Bauelemente für Logik- & Hochfrequenzanwendungen, Speicher- und leistungselektronischen Anwendungen beleuchtet, runden die Vorlesung ab.

Umfang

2 SWS Vorlesung, 2 SWS Übung (5 ECTS)

Dozenten

Vorlesung: Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze
Übung: Jan Dick (M. Sc.)

Einordnung und empfohlene Voraussetzungen

Die Vorlesung wird im Bachelorstudiengang Nanotechnologie angeboten. Es werden grundlegende Eigenschaften von Ladungsträgern in Halbleitern sowie die Funktionsweise von Dioden und Feldeffekttransistoren besprochen. Ein Überblick über die wesentlichen Prozessschritte zur Herstellung von Halbleiterbauelementen runden die Vorlesung ab. Die Vorlesung wird jeweils im Sommersemester angeboten. Empfohlene Voraussetzungen: keine

Lernziele

Die Studierenden verstehen grundlegende physikalische Vorgänge (u.a. Drift, Diffusion, Generation, Rekombination) im Halbleiter, interpretieren Informationen aus Bänderdiagrammen, beschreiben die Funktionsweisen moderner Halbleiterbauelemente und berechnen Kenngrößen der wichtigsten Bauelemente. Sie diskutieren das Verhalten der Bauelemente, z.B. bei hohen Spannungen oder erhöhter Temperatur.

Inhalt

  • Ladungsträgerkonzentrationen im intrinsischen (undotierten) und dotierten Halbleiter
  • Transporteigenschaften (Drift, Diffusion) von Ladungsträgern im Halbleiter
  • Funktionsweise von Halbleiterbauelementen (Dioden, Feldeffekttransistoren)
  • Überblick über die wichtigsten Prozessschritte zur Herstellung von Halbleiterbauelementen

Umfang

2 SWS Vorlesung mit Übung (2,5 ECTS)

Dozent

Vorlesung mit Übung: Dr.-Ing. Tobias Dirnecker (Akad. ORat)

Für eine Vertiefung auf dem Gebiet „Halbleitertechnik“ wird empfholen, die Vorlesungen Halbleitertechnik I bis III in der „korrekten“ Reihenfolge zu absolvieren, da diese Vorlesungen logisch aufeinander aufbauen. Die anderen HL-Vorlesungen können unabhängig davon in beliebiger Reihenfolge gehört werden. Es ist aber ebenso möglich, einzelene Vorlesungen aus dem Zyklus zu belegen oder von der empfohlenen Reihenfolge abzuweichen.

Einordnung und empfohlene Voraussetzungen

Empfohlen werden Kenntnisse wie sie z.B. in Halbleiterbauelemente oder Nano IV: Halbleiter vermittelt werden. Die Vorlesung wird jeweils im Sommersemester angeboten.

Lernziele

Die Studierenden besitzen die Kenntnis und das Verständnis der mathematisch-physikalischen Grundlagen der Bauelement-Modellierung, kennen die ideale und die reale Funktionsweise und den Aufbau diverser Halbleiterdioden und haben ein umfassendes Verständnis vom Aufbau und vom idealen/ realen Verhalten eines Bipolar- und eines Heterobipolartransistors. Darüber hinaus kennen sie die prinzipielle Funktionsweise von Thyristoren und haben erste Grundkenntnisse von der Funktionsweise von Leistungsbipolartransistoren mit isoliertem Gate und von BiCMOS-Schaltungen (BiCMOS: Schaltungstechnik, bei der Bipolar- und Feldeffekttransistoren miteinander kombiniert werden). Außerdem kennen sie die prinzipiellen Herstellungsprozessabläufe moderner Bipolar- und BiCMOS-Prozesse.

Inhalt

  • Beschreibung eines psn-Übergangs im thermodynamischen Gleichgewicht (Raumladungszonen, Poisson-Gleichung, Depletion-Näherung und Built-in-Spannung),
  • Beschreibung eines psn-Übergangs im Nicht-Gleichgewicht (I-U-Charakterisitik des idealen pn-Übergangs, Rekombinationsmechanismen in pn-Übergängen, I-U-Charakterisitik des realen pn-Übergangs, Durchbruchmechanismen in pn-Übergängen),
  • Dioden-Spezialformen: Schottky-Diode und Ohmscher Kontakt, Z-Dioden (Zener-Diode und Avalanche-Diode), IMPATT-Diode (Impact-Ionization-Avalanche-Transit-Time-Diode), Gunn-Diode, Uni-Tunneldiode, Esaki-Tunneldiode, Shockley-Diode, DIAC (Diode for Alternating Current),
  • Aufbau und Funktionsweise von Bipolar- und Heterobiplartransistoren: Ideales und reales Verhalten und Hochfrequenzbetrieb,
  • Thyristor und lichtgezündeter Thyristor, TRIAC (Triode for Alternating Current).

Als Ausblick wird zum Schluss der Vorlesung auf Leistungsbipolartransistoren mit isoliertem Gate wie dem Gate-Turn-Off-Thyristor (GTO-Thyristor) und dem Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)und auf BiCMOS-Schaltungen eingegangen.

Umfang

2 SWS Vorlesung, 2 SWS Übung (5 ECTS)

Dozenten

Vorlesung: Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze
Übung: Jannik Schwarberg (M. Sc.)

Einordnung und empfohlene Voraussetzungen

Empfohlen werden Kenntnisse wie sie z.B. in Halbleiterbauelemente vermittelt werden sowie Kenntnisse aus Halbleitertechnik I – Bipolartechnik (HL I). Die Vorlesung wird jeweils im Wintersemester (ab WS22/23) angeboten.

Lernziele

Die Studierenden besitzen die Kenntnis und das Verständnis des Aufbaus und des Verhaltens eines idealen und eines realen Langkanal-MOSFETs und haben ein umfassendes Verständnis von den sogenannten Kurzkanaleffekten in Kurzkanal-MOSFETs bzw. in Nano-MOSFETs. Darüber hinaus kennen sie technologische Strategien zur Minimierung der Kurzkanaleffekte und kennen die prinzipiellen Herstellungsprozessabläufe moderner CMOS-Prozesse. Außerdem besitzen die Studierenden die Kenntnis und das Verständnis des ITRS-Konzeptes der Halbleiterindustrie und der Notwendigkeit einer „Post-CMOS-Ära“.

Inhalt

  • Dimensionierung eines Langkanal-MOSFETs
  • Ideales und reales Verhalten eines Langkanal-MOSFETs
  • Mooresches Gesetz unf ITRS-Roadmap
  • Skalierung eines MOSFETs und Kurzkanaleffekte: Vom Langkanal- zum Kurzkanal-MOSFET
  • Strategien zur Minimierung von Kurzkanal-Effekten
  • Moderne CMOS-Prozesse

Umfang

2 SWS Vorlesung, 2 SWS Übung (5 ECTS)

Dozenten

Vorlesung: Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze

Einordnung und empfohlene Voraussetzungen

Empfohlen werden Kenntnisse wie sie z.B. in Halbleiterbauelemente vermittelt werden. Von Vorteil sind Kenntnisse aus Halbleitertechnik I – Bipolartechnik sowie Halbleitertechnik II – CMOS-Technik. Die Vorlesung wird jeweils im Wintersemester angeboten.

Lernziele

Die Studierenden erklären den Aufbau und die Funktion sowie die elektrischen Eigenschaften gängiger Leistungshalbleiterbauelemente und vergleichen Leistungshalbleiterbauelemente auf „Wide-Bandgap“-Materialien (SiC, GaN). Sie klassifizieren Leistungsbauelemente hinsichtlich statischer und dynamischer Verluste und Belastungsgrenzen und diskutieren die Möglickeiten und Grenzen gängiger Leistungshalbleiterbauelemente. Die Studierenden unterscheiden Integrationskonzepte für Leistungshalbleiterbauelemente in integrierten Schaltungen.

Inhalt

Nach einer Einführung in die Anwendungsgebiete, die Historie von Leistungshalbleiterbauelementen und die relevante Halbleiterphysik, werden die heute für kommerzielle Anwendungen relevanten Ausführungsformen von monolithisch integrierten Leistungsbauelemente besprochen. Zunächst werden Bipolarleistungsdioden und Schottkydioden als gleichrichtende Bauelemente vorgestellt. Anschließend werden der Aufbau und die Funktion von Bipolartransistoren, Thyristoren, unipolaren Leistungstransistoren (MOSFETs) und IGBTs erörtert. Dabei wird neben statischen Kenngrößen auch auf Schaltvorgänge und Schaltverluste eingegangen sowie die physikalischen Grenzen dieser Bauelemente diskutiert. Nach einer Vorstellung von in Logikschaltungen integrierter Leistungsbauelemente (Smart-Power ICs) erfolgt abschließend die Diskussion von neuartigen Bauelementkonzepten auf Siliciumkarbid und Galliumnitrid, welche immer stärker an Bedeutung gewinnen.

Umfang

2 SWS Vorlesung, 2 SWS Übung (5 ECTS)

Dozenten

Vorlesung: PD Dr. Tobias Erlbacher
Übung: Julian Schwarz (M. Sc.)

Einordnung und empfohlene Voraussetzungen

Empfohlen werden Kenntnisse wie sie z.B. in Halbleiterbauelemente oder Nano IV: Halbleiter vermittelt werden. Von Vorteil sind Kenntnisse aus Halbleitertechnik I – Bipolartechnik sowie Halbleitertechnik II – CMOS-Technik. Die Vorlesung wird jeweils im Sommersemester angeboten.

Lernziele

Die Studierenden erklären den Aufbau und die Funktionsweise nanoelektronischer Bauelemente und beschreiben die Herstellungsmethoden für nanoelektrnoische Bauelemente. Sie analysieren die prinzipiellen Probleme, die sich für Bauelemente im Nanometerbereich ergeben und diskutieren unterschiedliche Lösungsansätze für zukünftige Bauelemente. Die Studierenden bewerten Vor- und Nachteile sowie Grenzen aktueller Trends und Entwicklungen auf dem Gebiet nanoelektronischer Bauelemente.

Inhalt

  • Skalierung von MOS-Transistoren
  • Neue Architekturen und Materialien für Nano-MOS-Bauelemente
  • Erzeugung kleinster Strukturen
  • Bauelemente der nichtflüchtigen Datenspeicherung
  • Bauelemente mit einzelnen Elektronen
  • Prinzipielle Grenzen

Umfang

2 SWS Vorlesung mit Übung (2,5 ECTS)

Dozent

Vorlesung mit Übung: Dr.-Ing. Michael Jank

Einordnung und empfohlene Voraussetzungen

Empfohlen werden Kenntnisse wie sie z.B. in Halbleiterbauelemente vermittelt werden. Von Vorteil sind Kenntnisse aus Halbleitertechnik I – Bipolartechnik sowie Halbleitertechnik II – CMOS-Technik. Die Vorlesung wird jeweils im Sommersemester angeboten.

Lernziele

Die Studierenden erklären physikalische und elektrische Halbleiter- und Bauelementemess- und Analysemethoden, vergleichen die Vor- und Nachteile sowie die Grenzen der verschiedenen Verfahren und analysieren, welches Verfahren für welche Fragestellung geeignete ist. Sie bewerten die mit den unterschiedlichen Verfahren erzielten Messergebnisse.

Inhalt

Im Modul Halbleiter- und Bauelementemesstechnik werden die wichtigsten Messverfahren, die zur Charakterisierung von Halbleitern und von Halbleiterbauelementen benötigt werden, behandelt. Zunächst wird die Messtechnik zur Charakterisierung von Widerständen, Dioden, Bipolartransistoren, MOS-Kondensatoren und MOS-Transistoren behandelt. Dabei werden die physikalischen Grundlagen der jeweiligen Bauelemente kurz wiederholt. Im Bereich Halbleitermesstechnik bildet die Messung von Dotierungs- und Fremdatomkonzentrationen sowie die Messung geometrischer Dimensionen (Schichtdicken, Linienbreiten) den Schwerpunkt.

Umfang

3 SWS Vorlesung, 1 SWS Übung (5 ECTS)

Dozent

Vorlesung und Übung: Dr.-Ing. Sven Berberich

Einordnung und empfohlene Voraussetzungen

Empfohlen werden Kenntnisse wie sie z.B. in Halbleiterbauelemente oder Nano IV: Halbleiter vermittelt werden. Von Vorteil sind Kenntnisse aus Halbleitertechnik I – Bipolartechnik sowie Halbleitertechnik II – CMOS-Technik. Die Vorlesung wird jeweils im Sommersemester angeboten.

Lernziele

Lernende können evidenzbasierte, qualitative und quantitative Urteile zu Sachverhalten anhand von Kriterien anstellen, d.h. technologische Ansätze miteinander vergleichen, Handlungsempfehlungen erstellen und begründen, sowie Lösungsszenarien entwerfen. Lernende können Herangehensweisen zur Vereinfachung komplexer Probleme anwenden, zielorientierte Technologieoptimierung bei gegenseitigen Abhängigkeiten (Kompromissfindung) durchführen sowie Größen und Kerneigenschaften von Technologien erfassen.

Inhalt

  • Einführung -Vergleich Elektroniktechnologien, Anwendungen für großflächige und flexible Elektronik
  • Bauelementekonzepte der Dünnschichtelektronik
  • Materialien und Prozessierung
  • Mechanische und elektronische Integration
  • Anwendungen

Umfang

2 SWS Vorlesung (2,5 ECTS)

Dozent

Vorlesung: Dr.-Ing. Michael Jank

Die Vorlesung Halbleitertechnologie I sollte zum guten Einstieg vor allen anderen HLT-Vorlesungen gehört werden. Danach kann der HLT-Zyklus in beliebiger Reihenfolge fortgesetzt werden.

Einordnung und empfohlene Voraussetzungen

Die Vorlesung stellt den geeigneten Einstieg in den Vorlesungszyklus Halbleitertechnologie dar und behandelt alle wesentlichen Prozessschritte zur Herstellung von Halbleiterbauelementen. Empfohlen werden Kenntnisse wie sie z.B. in Halbleiterbauelemente oder Nano IV: Halbleiter vermittelt werden. Die Vorlesung wird jeweils im Wintersemester angeboten.

Lernziele

Die Studierenden haben das Verständnis über die Bedeutung der Silizium-basierten Halbleitertechnologie für den weltweiten Elektronikmarkt, kennen und verstehen die technologischen Grundlagen einer jeden Halbleitertechnologie. Darüber hinaus kennen sie die State-of-the-Art-Prozesse zur Substrat- und Waferherstellung, zur Dotierung von Halbleiterschichten und zur Strukturierung (Lithografiemethoden und nass- und trockenchemisches Ätzen) von Halbleiter-, Isolator- und Metallschichten. Sie kennen die wichtigsten Isolatormaterialien und metallischen Materialien der Silizium-basierten Halbleitertechnologie und gewinnen einen ersten Einblick in die Aufbau- und Verbindungstechnik zur Herstellung komplexer elektronischer Bauteile. Die Studierenden werden in die Lage versetzt, Herstellungsprozesse für die Herstellung beliebiger Halbleiterbauelemente aufzustellen bzw. gegebene Herstellungsprozesse zu analysieren, zu erklären und ggf. zu verbessern.

Inhalt

  • Einführung in die Silizium-basierte Halbleitertechnologie
  • Technologische Grundlagen (Prozessparameter und grundlegende Technologieprozesse)
  • Substrat- und Waferherstellung (CZ-Waver, FZ-Wafer und Silicon-On-Insulator-Wafer)
  • Lithographie (optische Lithographie und alternative Verfahren) und Strukturierungsmethoden (nasschemisch, trockenchemisch und physikalisch-chemisch)
  • Dotiermethoden: Epitaxie, Diffusion und Ionenimplantation
  • Herstellung und Strukturierung von Isolatorschichten (Standardielektrika, Low-k-, Medium-k- und high-k-Dielektrika) und Planarisierungsmethoden
  • Herstellung und Strukturierung metallischer Schichten

Als Ausblick wird zum Schluss der Vorlesung auf die Aufbau- und Verbindungstechnik eingegangen und exemplarische Herstellungsprozesse unterschiedlicher mikroelektronischer Bauelemente werden diskutiert.

Umfang

3 SWS Vorlesung, 1 SWS Übung (5 ECTS)

Dozenten

Vorlesung: Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze
Übung: Jannik Schwarberg (M. Sc.)

Weitere Informationen zur Veranstaltung werden in Kürze eingestellt.

Weitere Informationen zur Veranstaltung werden in Kürze eingestellt.

Weitere Informationen zur Veranstaltung werden in Kürze eingestellt.

Weitere Informationen zur Veranstaltung werden in Kürze eingestellt.

Weitere Informationen zur Veranstaltung werden in Kürze eingestellt.

Einordnung und empfohlene Voraussetzungen

Empfohlen werden Kenntnisse wie sie z.B. in Halbleiterbauelemente vermittelt werden sowie Kenntnisse aus Halbleitertechnik I – Bipolartechnik (HL I). Die Vorlesung wird jeweils im Wintersemester (ab WS22/23) angeboten.

Lernziele

Die Studierenden besitzen die Kenntnis und das Verständnis quantenmechanischer Effekte in klassischen Halbleiterbauelementen, kennen und verstehen quantenmechanische Bauelemente, die gezielt auf diesen Effekten beruhen und besitzen die Fähigkeit, neue Bauelemente zu entwerfen und zu dimensionieren.

Inhalt

  • Eigenschaften von Quantentöpfen, -drähten und -punkten; elektronische und mechanische Eigenschaften von Silizium-Germanium-Heterostrukturen
  • Einfluss der elastischen Verspannungen auf die Bandstruktur
  • Technologische Realisierung von Potentialbarrieren, „Quantum Wells“ und Quantentöpfen
  • Funktionsweise von Siliziumbasierten Hetero- und Quantenbauelementen (Tunnel-FET, Heterofeldeffekttransistoren, SET, Heterobipolartransistor, MODFET)
  • Laser und VCSEL

Umfang

2 SWS Vorlesung, 2 SWS Übung (5 ECTS)

Dozenten

Vorlesung: Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze

Einordnung und empfohlene Voraussetzungen

Empfohlen werden Kenntnisse wie sie z.B. in Halbleiterbauelemente vermittelt werden sowie Kenntnisse aus Halbleitertechnik I – Bipolartechnik (HL I). Das Modul wird u.a. als Vertiefungsmodul der Studierichtung Mikroelektronik (EEI) angeboten. Die Vorlesung wird jeweils im Sommersemeter (ab SS23) angeboten.

Lernziele

Die Studierenden besitzen die Kenntnis und das Verständnis des Spins von Elektronen, kennen technologische Möglichkeiten zur Spinmanipulation, -injektion, -extraktion und -detektion und kennen und verstehen den Aufbau und die prinzipielle Funktionsweise quantenmechanischer Bauelemente, die auf ferromagnetischen Materialeigenschaften beruhen. Darüber hinaus haben sie Kenntnis und Verständnis von der Darstellung und Verarbeitung von Q-Bits, der technologischen Realisierung von Q-Bits, kennen das RSA-Verschlüsselungsverfahren und können es anwenden und kennen den Shor-Algorithmus.

Inhalt

  • Elektronen- und Kernspin, Spinmanipulation und Elektronenfallen
  • Informationsdarstellung und -verarbeitung mittels des magnetischen Moments von Elektronen
  • Spinor-Wellenfunktionen und das Verschränken („Entanglement“) von Quantenzuständen
  • Q-Bits und Q-Gatter; Quantenalgorithmen (Shor-Algorithmus)
  • Emulation von Quantenalgorithmen auf von-Neumann-Architekturen
  • IBM-Konzept eines Quantencomputers basierend auf organischen Molekülen
  • Silizium-Germanium-basierte Heterostrukturen für das „Quantum Computation“

Umfang

2 SWS Vorlesung, 2 SWS Übung (5 ECTS)

Dozenten

Vorlesung: Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze

Weitere Informationen zur Veranstaltung werden in Kürze eingestellt.