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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2 Diode mit kurzen Abmessungen Die bisher abgeleiteten Beziehungen gelten unter der Annahme, dass die Bahngebiete der Diode hinreichend lang sind. Bei kurzen Abmessungen ergeben sich für die Minoritätsladungsträgerverteilungen keine Exponentialkurven, sondern einfache Geraden (vgl. Abschn. 4), wie in Abb. 11 dargestellt ist. 27) 1− x − xn wn . 28) pn ü ~e Metallkontakt ü ý Upn pn0 x xn wn Abb. 11. Bei einer Diode mit kurzer Abmessung nehmen die Trägerdichten mit einer linearen Funktion ab Entsprechendes gilt für die Elektronendichte np im p-Gebiet.

4_ Lokale Störung des TGG Da sowohl Elektronen als auch Löcher in die Probe injiziert werden, fließt sowohl ein Elektronen- als auch ein gleichgroßer, aber entgegengesetzt gerichteter Löcherstrom, so dass gilt: jn = −jp . 76) Damit ist der Gesamtstrom im Halbleiter jges = jn + jp = 0 . 77) Wir wollen nun das Verhalten der Minoritätsladungsträger untersuchen. 71) und ∂/∂t = 0 0=− p 1 djp − . 78) Die Löcherstromdichte jp hat sowohl einen feldabhängigen Drift- als auch einen Diffusionsanteil. 57) ein und lösen diese nach dem elektrischen Feld E auf.

9) Analog ergibt sich für die Löcherdichte im n-Gebiet der Ausdruck pn0 = pp0 exp − q Φi kT . 10) Die letzten beiden Ausdrücke verknüpfen die Trägerdichten mit der Spannung über dem pn-Übergang und werden daher im Folgenden zur Ableitung der Diodengleichung benutzt. Durch das Zusammenbringen eines p- und eines n-Halbleiters entsteht an der Grenzschicht ein von freien Ladungsträgern ausgeräumter Bereich, die Raumladungszone. Die durch den Konzentrationsgradienten verursachte Diffusionsbewegung von Ladungsträgern wird dabei von der durch das elektrische Feld der Raumladungszone hervorgerufenen Driftbewegung kompensiert.

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