Lehrveranstaltungen

Einordnung ins Curriculum

Die Vorlesungen Mikroelektronik I (ME I) wird von Prof. Ingmar Kallfass vom Institut für Robuste Leistungshalbleitersysteme (ILH) gelesen und  Mikroelektronik II (ME II) gelesen von Dr. Michael Oehme vermitteln die Grundlagen für alle weiteren Vorlesungen am IHT. 

Empfohlene Voraussetzungen

Keine.

Inhalte

Die folgenden Inhalte werden besprochen:

1. Die Geschichte der Halbleiterbauelemente
2. Silizium - Werkstoff der Mikroelektronik
3. Ladungsträger und Ströme in Halbleitern
4. Rekombination und Generation von Ladungsträgern
5. Elektrostatik des pn-Übergangs
6. Ströme im pn-Übergang
7. Kennlinie und Eigenschaften von pn-Dioden
8. Einführung in die Transistortechnologie
9. Das Bohrsche Atommodell und der Zusammenhang zw. Kristallstruktur und elektrischer Leitfähigkeit
10. Ladungsträger in Metallen - Das Ohmsche Gesetz
11. Schottky-Kontakt
12. Aufbau und Funktion eines Bipolartransistors
13. Einführung in Bipolartransistorschaltungen
14. MOS-Elektrode und das elektrische Verhalten einer MOS-Elektrode
15. MOSFET und CMOS-Logik
16. Einführung in MOSFET-Schaltungen
17. MOSFET-basierte Speicher (SRAM und DRAM)
18. Leistungstransistoren (IGBT, IGT, Power-MOSFET)

Lernziele

Die Studierenden besitzen die Kenntnis und das Verständnis der Halbleitergrundlagen, sowie die Kenntnis über wichtige Bauelementtypen und deren Bauelementphysik. Sie besitzen Kenntnis von den Grundlagen der Halbleitertechnologie die erforderlich um Halbleiterbauelemente zu produzieren.

Rahmenbedinungen

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Einordnung ins Curriculum

Die Vorlesung Halbleitertechnik: Bipolartechnik (HL I) bildet zusammen mit den Vorlesungen

• Halbleitertechnik: Nano-CMOS-Ära (HL II),
• Halbleitertechnik: Leistungsbauelemente (HL III) und
• Halbleitertechnik: Intelligente Sensoren und Aktoren (HL IV) 

den Halbleitertechnik-Zyklus des IHT. Die Vorlesung wird jedes zweite Semester immer im Wintersemester angeboten.

Empfohlene Voraussetzungen

Empfohlen werden Kenntnisse, wie Sie beispielsweise in Mikroelektronik (ME) und Halbleitertechnologie: Prozesstechnologie (HLT I) vermittelt werden.

Inhalte

Die folgenden Inhalte werden besprochen:

1. Beschreibung eines psn-Übergangs im thermodynamischen Gleichgewicht (Raumladungszonen, Poisson-Gleichung, Depletion-Näherung und Built-in-Spannung),
2. 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),
3. 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),
4. Aufbau und Funktionsweise von Bipolar- und Heterobiplartransistoren: Ideales und reales Verhalten und Hochfrequenzbetrieb,
5. 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.

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.

Rahmenbedinungen

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Diese Vorlesung wird zur Zeit nicht angeboten.

Diese Vorlesung wird zur Zeit nicht angeboten.

Classification in the curriculum

The lecture Semiconductor Technology: Sensors and Actors (HL IV) forms together with the lectures

• Semiconductor Engineering: Bipolar Technology (HL I),
• Semiconductor Engineering: Nano CMOS era (HL II) and
  
• Semiconductor Engineering: Power Devices (HL III).

the semiconductor engineering cycle of the IHT. The lecture is offered every second semester, always in the summer semester.

Recommended requirements

It is recommended to have knowledge in semiconductor physics, engineering and technology e.g. covered by the lectures:

• Mikroelectronic (ME),
• Semiconductor Engineering: Bipolar Technology (HL I),
• Semiconductor Engineering II – Nano-CMOS Era (HL II),
• Semiconductor Technology I –  Process Technology (HLT I).

Contents

The following contents will be discussed:

• Sensor and actor principles
• Micromachining in silicon
• Integration with microelectronics circuits
• Device principles, characteristics, monolithic integration techniques, packaging
• Examples with emphasis on automotive applications

Learning Goals

This course covers the design and fabrication of a range of silicon-based devices from diodes and transistors, to sensors and actuators such as those used in automotive applications. The course also covers all aspects of Si device processing, with most processes being available in our clean room. Students can therefore gain familiarity with fabrication techniques including deposition, photolithography, wet and dry etching, oxidation, and diffusion. Our institute has strong links with semiconductor manufacturing companies, reflected in the course syllabus.

General Conditions

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Einordnung ins Curriculum

Die Vorlesung Halbleitertechnologie: Prozesstechnologie (HLT I) gehört neben den Vorlesungen

• Halbleitertechnologie: Epitaxie (HLT II) und
• Halbleitertechnologie: Halbleiterproduktionstechnik (HLT III)

zum Halbleitertechnologie-Zyklus des IHT. Die Vorlesung wird jedes zweite Semester immer im Wintersemester angeboten.

Empfohlene Voraussetzungen

Empfohlen werden Kenntnisse, wie Sie beispielsweise in Mikroelektronik (ME) vermittelt werden.

Inhalte

Die folgenden Inhalte werden besprochen:

1. Einführung in die Silizium-basierte Halbleitertechnologie,
2. Technologische Grundlagen (Prozessparameter und grundlegende Technologieprozesse),
3. Substrat- und Waferherstellung (CZ-Waver, FZ-Wafer und Silicon-On-Insulator-Wafer),
4. Lithographie (optische Lithographie und alternative Verfahren) und Strukturierungsmethoden (nasschemisch, trockenchemisch und physikalisch-chemisch),
5. Dotiermethoden: Epitaxie, Diffusion und Ionenimplantation,
6. Herstellung und Strukturierung von Isolatorschichten (Standardielektrika, Low-k-, Medium-k- und high-k-Dielektrika) und Planarisierungsmethoden,
7. Herstellung und Strukturierung metallischer Schichten.
8. Als Ausblick wird zum Schluss der Vorlesung auf die Aufbau- und Verbindungstechnik eingegangen und exemplarische Herstellungsprozesse unterschiedlicher mikroelektronischer Bauelemente werden diskutiert.

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.

Rahmenbedinungen

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Einordnung ins Curriculum

Die Vorlesung Halbleitertechnologie: Epitaxie (HLT II) gehört neben den Vorlesungen

• Halbleitertechnologie: Prozesstechnologie (HLT I) und
• Halbleitertechnologie: Halbleiterproduktionstechnik (HLT III)

zum Halbleitertechnologie-Zyklus des IHT. Die Vorlesung wird jedes zweite Semester immer im Sommersemester angeboten.

Empfohlene Voraussetzungen

Empfohlen werden Kenntnisse, wie Sie beispielsweise in Mikroelektronik (ME) und Halbleitertechnologie: Prozesstechnologie (HLT I) vermittelt werden.

Inhalte

Die folgenden Inhalte werden besprochen:

1. Epitaktisches Wachstum und Heteroepitaxie,
2. Atomares Verständnis des Wachstums (Adsorption, Nukleation, Stufenwanderung, Desorption),
3. Kristallgitter, Versetzungen, Stapelfehler, Nachweisverfahren,
4. Molekularstrahlepitaxie, Subsysteme und Prozessablauf,
5. Dotierstrategien für Nanometerstrukturen,
6. Oberflächensegregation,
7. Gitterfehlgepasste Grenzflächen, pseudomorphes Wachstum, virtuelle Substrate.

Lernziele

Die Studierenden besitzen die Kenntnisse zur Herstellung von epitaktischen Dotierstrukturen mittels Molekularstrahlepitaxie und vermögen abzuschätzen, welchen Einfluss Prozessparameter auf die Herstellung epitaktischer Strukturen und Heterostrukturen haben. Sie besitzen darüber hinaus Grundkenntnisse zur Ultrahochvakuumtechnik und kennen und beherrschen schichtanalytische Methoden wie z. B.:

• Profilometrie,
• 4-Spitzen-Messung,
• Ellipsometrie,
• RAMAN-Spektroskopie,
• Hall-Messung und
• Rasterelektronenmikroskopie

zur Bestimmung von Schichtdicken, Verspannungszuständen, Dotierkonzentrationen und Dotierstoffart.

Rahmenbedinungen

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Diese Vorlesung wird zur Zeit nicht angeboten.

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