Einführung in die Halbleiter-Schaltungstechnik by Holger Göbel

By Holger Göbel

Dieses Lehrbuch führt in die Prinzipien und die Funktionsweise von Bauelementen und Schaltungen ein und macht den Leser mit den Herstellungsverfahren integrierter Schaltungen vertraut.

Nach einer verständlichen Einführung in die Halbleiterphysik behandelt der Autor die wichtigsten Bauelemente und Grundschaltungen und leitet die entsprechenden Gleichungen so ab, dass der Leser die Vorgehensweise auch auf andere, komplexe Schaltungen übertragen kann. Neben den analogen Grundschaltungen - vom einstufigen Spannungsverstärker bis zum integrierten Operationsverstärker - gibt das Buch eine Übersicht über den Entwurf digitaler Schaltungen in CMOS-Technologie. Eine Einführung in die Technologie zur Herstellung integrierter CMOS-Schaltungen rundet den Inhalt des Buches ab.

Das interaktive Lernprogramm S.m.i.L.E ermöglicht es, komplexe Zusammenhänge mittels interaktiver Applets zu verstehen. Mit Hilfe von PSpice-Dateien kann der Leser die Funktion der im Buch vorgestellten Schaltungen an praktischen Beispielen selbst erproben.

Online-Materialien auf dem Extrasserver: PSpice-Dateien und die Studentenversion des Schaltungssimulators OrCAD-PSpice 9.1.

Die Zielgruppen

Zielgruppe des Lehrbuchs sind Studierende der Elektrotechnik und anderer technischer Studiengänge sowie in der Praxis stehende Ingenieure und Techniker, die ihre vorhandenen Kenntnisse auf dem Gebiet der Elektronik und Halbleiter-Schaltungstechnik vertiefen wollen.

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Für sehr kleine und sehr große Spannungen weicht die gemessene Diodenkennlinie von der theoretisch bestimmten Kennlinie ab Die unterschiedlichen Steigungen der Diodenkennlinie in der logarithmischen Darstellung für die Bereiche kleiner, mittlerer und großer Spannungen können dabei durch einen Parameter N , den Emissionskoeffizienten, beschrieben werden. Jeder Bereich wird dann durch eine Funktion ID,i = IS,i exp q Upn − 1 . 31) beschrieben, wobei der Parameter N zwischen eins und zwei liegt. 4 Kapazitätsverhalten des pn-Übergangs Sperrschichtkapazität Cj Durch Verändern der Spannung Upn ändert sich die Weite der Raumladungszone und damit die Menge der in der Raumladungszone befindlichen Ladung Qj (Abb.

18) erhalten ni = NC exp − (WC − Wi ) 1 kT . 18) durch diesen Ausdruck erhalten wir schließlich n0 = ni exp (WF − Wi ) 1 kT . 27) Analog ergibt sich für die Löcherdichte der Ausdruck p0 = ni exp (Wi − WF ) 1 kT der die Trägerdichte abhängig von dem Abstand zwischen Intrinsicniveau und Ferminiveau beschreibt. Durch Multiplikation der beiden zuletzt gefundenen Gleichungen ergibt sich für das Dichteprodukt p0 n0 = NC NV exp[− (WC − WV ) 1 ] = n2i . 28) Das Ladungsträgerdichteprodukt hängt also nicht von der Lage des Ferminiveaus ab, vielmehr gilt das bereits erwähnte Massenwirkungsgesetz n0 p0 = n2i .

Im Gegensatz zu dem letzten Experiment, bei dem der Halbleiter wegen der paarweisen Generation bzw. Rekombination der Ladungsträger nach außen stets neutral blieb, wird hier die Neutralität wegen der Injektion von nur einer Ladungsträgerart zunächst gestört. 4 Ausgleichsvorgänge im Halbleiter 39 p-Halbleiter Abb. 35. Versuchsanordnung, bei der die Ladungsneutralität in einem Halbleiter durch ausschließliche Injektion von Minoritätsträgern gestört wird im Halbleiter führt, solange bis die Neutralität wieder hergestellt ist.

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