Inhaltsverzeichnis. Formelzeichen und Naturkonstanten... XIII
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- Margarethe Hochberg
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1 Formelzeichen und Naturkonstanten... XIII 1 Halbleiter-Grundlagen Halbleitermaterialien Bindungsmodell Gitterstruktur Eigenleitung Störstellenleitung Bändermodell Aufbau des Bändermodells Bänderstruktur im Energie-Impuls-Raum Bänderbesetzung Zustandsdichte Besetzungswahrscheinlichkeit Ladungsträgerverteilung Entartete Halbleiter Ladungsträgertransport Driftstromdichte Diffusionsstromdichte Konvektionsstromdichte Halbleiter im Nichtgleichgewicht Majoritätsträgerinjektion Minoritätsträgerinjektion Minoritäts- und Majoritätsträgerinjektion Minoritätsträgerdiffusion Ladungsträgerbilanz Weitere Halbleitereffekte Lawineneffekt Thermoeffekt Thermospannung im homogenen Halbleiter Thermospannung zwischen verschiedenen Materialien Halleffekt Halbleiterdioden pn-übergang Abrupter pn-übergang im thermodynamischen Gleichgewicht...32
2 VIII Inhaltsverzeichnis Abrupter pn-übergang unter Vorspannung Raumladungszone des pn-übergangs pn-übergang in Flusspolung pn-übergang in Sperrpolung Diodenkennlinien Kennlinie der idealen Diode Kennlinie der realen Diode Diodenkennlinie mit 2-Geraden-Näherung Durchbruchsmechanismen Lawineneffekt Zenereffekt Thermischer Durchbruch Technologische Realisierung Netzwerkmodelle der pn-diode Sperrschicht- und Diffusionskapazität Großsignalersatzschaltbild Kleinsignalersatzschaltbild Schaltverhalten der pn-diode Schalten ohmscher Lasten Schalten induktiver Lasten Diodentypen pin-diode Z-Diode Tunneldiode Schottky-Diode Kapazitätsdiode Fotodiode Solarzelle Lumineszenzdiode Dioden-Grundschaltungen Einweggleichrichter Zweiwegbrückenschaltung Spannungsvervielfacher Frequenzmodulation Spannungsbegrenzung Bipolartransistoren Aufbau und Funktionsweise des Bipolartransistors Aufbau des Bipolartransistors Bipolartransistor im thermodynamischen Gleichgewicht Bipolartransistor in Vorwärtsbetrieb Beschaltungsarten Strom-Spannungs-Charakteristik des Bipolartransistors Transistorkennlinie Basisweitenmodulation Durchbruchsmechanismen...86
3 IX Lawinendurchbruch Durchbruch zweiter Art (thermischer Durchbruch) Punch-Through-Effekt Technologische Realisierung Netzwerkmodelle des Bipolartransistors Sperrschicht- und Diffusionskapazität Großsignalersatzschaltbild Kleinsignalersatzschaltbild Grenzfrequenzen Schaltverhalten des Bipolartransistors Bipolartransistor-Grundschaltungen Darlington-Schaltung Stromquelle und Stromspiegel Differenzverstärker Feldeffekttransistoren MOS-Struktur MOS-Struktur im thermodynamischen Gleichgewicht MOS-Struktur im Flachbandfall MOS-Struktur in Akkumulation MOS-Struktur in Verarmung MOS-Struktur in Inversion Kapazität der MOS-Struktur Komplementäre MOS-Strukturen Aufbau und Funktionsweise des MOS-Feldeffekttransistors Aufbau des MOSFETs Funktionsweise des MOSFETs Strom-Spannungs-Charakteristik des MOSFETs Theorie der Ladungssteuerung Einsatzspannung des MOSFETs Substratsteuerung des MOSFETs Unterschwellstrom des MOSFETs Thermisches Verhalten des MOSFETs Geometrieabhängigkeit von MOSFET-Parametern Durchbruchsmechanismen und Degradation Technologische Realisierung Netzwerkmodelle des MOSFETs MOSFET-Kapazitäten Großsignalersatzschaltbild Kleinsignalersatzschaltbild MOSFET-Grundschaltungen Einfache Verstärkerschaltungen Source-Schaltung Drain- und Gate-Schaltung CMOS-Inverter Statisches Übertragungsverhalten...132
4 X Inhaltsverzeichnis Schaltverhalten des CMOS-Inverters Transmissiongate Stromspiegel Differenzverstärker Operationsverstärker Vergleich von Bipolartransistor und MOSFET Technologischer und parametrischer Vergleich Einsatzkriterien von Bipolar- und Feldeffekttransistoren Leistungsbauelemente psn-leistungsdiode Leistungsbipolartransistor Leistungs-MOSFET Thyristor Aufbau und Wirkungsweise des Thyristors Thyristorkennlinie Zündverhalten des Thyristors Schaltverhalten des Thyristors Weitere Thyristortypen Fotothyristor GTO-Thyristor Anwendung des Thyristors IGBT Aufbau und Wirkungsweise des IGBTs Kennlinie des IGBTs Schaltverhalten des IGBTs Weitere IGBT-Typen Punch-Through-IGBT Trench-IGBT Anwendung des IGBTs Latch-up-Effekt Halbleitersensoren Temperatursensoren Grenzflächen-Temperatursensoren Spreading-Resistance Si-Temperatursensoren Thermopiles Magnetosensoren Optische Sensoren Chemosensoren Metalloxid-Gassensoren Chemosensitiver Feldeffekttransistor Sensoren für mechanische Größen Piezoresistive Kraft- und Drucksensoren Halbleiter-Dehnungsmessstreifen Piezoresistiver Drucksensor
5 XI Kapazitiver Drucksensor Integrierte Schaltungen CMOS-Grundschaltungen Statische CMOS-Logik Realisierung logischer Verknüpfungen Tristate-Treiber Addierer Dynamische CMOS-Logik Dynamisches Latch Dynamisches Schieberegister Speicher Nichtflüchtige Speicher ROM PROM EPROM EEPROM Flash-EPROM FRAM Flüchtige Speicher SRAM DRAM Integrierte Logik-Bausteine PLD PAL und GAL CPLD FPGA ASIC Gate-Array Standardzellen-IC Voll-kundenspezifischer IC Literaturverzeichnis Sachverzeichnis...227
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