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Einführung in die Halbleiter-Schaltungstechnik by Holger Göbel

By Holger Göbel

Dieses Lehrbuch führt den Leser in die Grundlagen der Halbleiterschaltungstechnik ein. Nach einer sehr verständlichen Einführung in die Halbleiterphysik erklärt der Autor die Funktionsweise der wichtigsten elektronischen Bauelemente. Darauf aufbauend werden moderne analoge und digitale Schaltungstechniken dargestellt. Eine Einführung in die Technologie hochintegrierter Schaltungen rundet das Buch ab. Das Buch wird ergänzt durch ein interaktives Lernprogramm. Dadurch kann sich der Leser komplexe Zusammenhänge mithilfe interaktiver Applets selbst veranschaulichen. Zu sämtlichen in dem Buch vorgestellten Schaltungen werden PSPICE-Dateien bereitgestellt. Die 2. Auflage wurde überarbeitet und um das Kapitel "Herstellung integrierter Schaltungen" erweitert. Im Logikteil konzentriert sich das Buch konsequent auf die wichtigste, die CMOS-Technologie.

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16. 2_ Zustandsdichte N (W ) ∼ Wkin . h. eine Zunahme der Zustandsdichte mit zunehmender kinetischer Energie Wkin,p der Löcher. Die Zustandsdichten haben also den in Abb. 17 dargestellten prinzipiellen Verlauf. Die Zustandsdichte gibt die mögliche Anzahl der Elektronen bzw. Löcher pro Volumen- und Energieeinheit an. Dabei steigt die Zahl der Zustände mit zunehmendem Abstand von den Bandkanten. Fermiverteilung Als nächstes stellen wir uns die Frage, wie groß die Wahrscheinlichkeit ist, dass ein bestimmter Energiezustand von einem Elektron besetzt wird.

Im Folgenden unterscheiden wir zwischen dem durch Konzentrationsunterschiede hervorgerufenen Diffusionsstrom und dem durch ein elektrisches Feld verursachten Driftstrom. 2 Driftstrom Durch Anlegen eines elektrischen Feldes E wirkt auf freie Ladungsträger im Halbleiter eine Kraft, so dass diese sich bewegen. Die Bewegungsrichtung ist dabei bei Löchern in Richtung des elektrischen Feldes und bei Elektronen entgegen der Feldrichtung (Abb. 25). E vn -q +q vp Abb. 25. 3_ Drift Die Ladungsträger können sich allerdings nicht völlig ungehindert durch den Halbleiter bewegen, sondern werden an dem Kristallgitter gestreut.

Dies entspricht der Bestimmung der Fläche unter den entsprechenden Kurven, also ∞ n0 = N (W ) F (W ) dW Wc für die Elektronendichte. 18) wobei alle Konstanten in der so genannten äquivalenten Zustandsdichte NC zusammengefasst sind. NC ist temperaturabhängig und hat für Silizium bei 300 K einen Wert von etwa NC = 2, 8 × 1019 cm−3 . 19) kT mit der äquivalenten Zustandsdichte NV für Löcher, deren Wert für Silizium bei 300 K etwa NV = 1, 04 × 1019 cm−3 beträgt. 19) zeigen, sind die Ladungsträgerdichten n0 und p0 sehr stark von der Lage des Ferminiveaus abhängig.

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