Halbleiterelektronik und Photonische Bauteile
Semiconductor Electronic and Photonic Devices

Modul PH2171

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Modulversion vom SS 2019 (aktuell)

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

Ob die Lehrveranstaltungen des Moduls in einem spezifischen Semester angeboten werden, finden Sie im Abschnitt Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise unten.

verfügbare Modulversionen
SS 2019SS 2018SS 2017SS 2016SS 2015SS 2013

Basisdaten

PH2171 ist ein Semestermodul in Englisch auf Master-Niveau das unregelmäßig angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Spezifischer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
  • Komplementärer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik
  • Komplementärer Spezialfachkatalog Biophysik

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 30 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2171 ist Martin Brandt.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Dieses Modul macht die Studierenden mit der Physik von elektronischen und optoelektronischen Bauelementen auf der Basis von Halbleitern vertraut, mit ihrer Funktionsweise und mit ihrer Realisierung. Folgende Bauelemente und Halbleiterstrukturen werden ausführlicher behandelt:

Halbleiterkontakte: Ohmsche and Schottky-artige Metall-Halbleiter-Kontakte, Metall-Isolator-Halbleiter-Kontakte (MIS) und Halbleiter-Halbleiter-Kontakte

Dioden: Schottky-Dioden, p-n-Übergänge, Tunnel-Dioden, Lawinendurchbruch-Dioden und Gunn-Dioden

Bipolar-Transistoren und Thyristoren

Feldeffekt-Transistoren (FETs), insbesondere Metall-Oxid-Halbleiter-FETs (MOSFETs)

Optoelektronik: Leuchtdioden (LEDs), Halbleiter-Laser, Photodetektoren und Solarzellen

Ausgewählte Bauelemente der Mikroelektronik: CMOS-Logik, dynamic random access memory (DRAM) und charge-coupled devices (CCDs)

Lernergebnisse

Nach dem erfolgreichen Abschluss dieses Moduls besitzen die Studierenden das grundlegende Wissen über die vorgestellten Bauelemente, insbesondere im Bezug auf ihre physikalischen Grundlagen, ihr Funktionsweise (z.B. die Strom-Spannungs-Kennlinien) und ihre Anwendung. Dies erlaubt den Studierenden, die wichtigsten Komponenten der modernen Mikro- und Optoelektronik zu verstehen. Die Studierenden können u.a.

-       die Banddiagramme elementarer Halbleiterübergänge skizzieren und erklären,

-       die physikalischen Grundlagen der Strom-Spannungs-Kennlinien verschiedener elektronischer Bauelemente erläutern,

-       den Aufbau, den Betriebsbereich und die Betriebsgrenzen dieser Bauelemente erklären und

-       die Anwendung dieser Bauelemente beschreiben.

Voraussetzungen

Die Teilnahme ist nicht an formale Voraussetzungen geknüpft. Eine solide Kenntnis der Grundlagen der Halbleiterphysik ist jedoch zur erfolgreichen Teilnahme unerlässlich, wie sie z.B. durch den erfolgreichen Besuch der Vorlesungen zur Festkörperphysik (PH0017 und PH0018) oder Halbleiterphysik (PH2171) gewonnen wird.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

SS 2019 SS 2018 SS 2017 SS 2016 SS 2015 SS 2014
ArtSWSTitelDozent(en)TermineLinks
VO 2 Semiconductor Electronic and Photonic Devices Brandt, M. Do, 14:00–16:00, ZNN 0.001
 eLearning
Unterlagen

Lern- und Lehrmethoden

Das Modul besteht aus Vorlesungen. Alle Studierenden werden ermuntert, sich mit Fragen und Diskussionsbeiträgen an der Erarbeitung des Stoffes zu beteiligen. Grundlegende Konzepte werden durch aktuelle Realisierungsbeispiele illustriert.

Medienformen

Die Tafel-basierte Vorlesung wird ergänzt durch powerpoint-Folien, die Diagramme und Videos enthalten und Beispiele aus der aktuellen Forschung, Schemazeichnungen und Datenblätter enthalten.

Literatur

Sze und Ng, "Physics of Semiconductor Devices", Wiley, dritte Auflage. Eine elektronische Version dieses Lehrbuchs ist über die Bibliothek der TUM zu erhalten.

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine schriftliche Klausur von 90 Minuten Dauer statt. Darin wird exemplarisch das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe durch Rechenaufgaben und Verständnisfragen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • • Leiten Sie die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Schottky-Diode her.
  • • Erklären Sie das Funktionsprinzip eines Bipolar-Transistors. Was ist der Vorteil eines Heterobipolar-Transistors?
  • • Skizzieren Sie die idealisierte drain characteristics eines MOSFETs and diskutieren Sie die Physik der unterschiedlichen Bereiche des MOSFET-Verhaltens.
  • • Zeichnen Sie das Band-Diagramm einer Diffusions-Zelle. Wie werden Rekombinationsverluste an den beiden Oberflächen begrenzt?

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

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