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Bauelementmodelle- Dozent/in
- Prof. Dr. phil. nat. Michael Stoisiek
- Angaben
- Vorlesung
2 SWS, benoteter Schein, ECTS-Studium, ECTS-Credits: 5, Sprache Deutsch
Zeit und Ort: Di 10:15 - 11:45, 0.111
- Studienfächer / Studienrichtungen
- WF EEI-DH-MIK 7-13
WPF EEI-BA-LE 5-6
WPF EEI-MA-LE 1-4
- Inhalt
- Im Rahmen des Entwicklungsprozesses für integrierte oder diskrete Halbleiterbauelemente sowie bei der Entwicklung von Schaltungen mit Halbleiterbauelementen werden in unterschiedlicher Weise mathematische Modelle zur Berechnung des Bauelementverhaltens benötigt. Diese Modelle können je nach Anwendungsbereich unterschiedlicher Natur sein. Im Rahmen der Erforschung des Bauelementverhaltens und der gezielten Entwicklung von Bauelementen mit vorgegebenen Eigenschaften geht man von den Grundgleichungen der Halbleiterphysik aus, die das elektrische Feld im Halbleiter sowie die Dichte von Elektronen und Löcher beschreiben (partielle Differentialgleichungen für E(x,y,z,t), n(x,y,z,t), p(x,y,z,t)). Die Lösung dieser Gleichungen erfolgt im ganzen dreidimensionalen Gebiet des betrachteten Bauelementes und in Abhängigkeit von der Zeit ohne einschränkende Annahmen unter Benutzung von geeigneten Rechnerprogrammen zur numerischen Lösung der Differentialgleichungen ( = „Devicesimulation“, „Exakt numerische Bauelementmodelle“). Zum Zwecke der Darstellung des Bauelementverhaltens durch einfach zu überschauende analytische Formeln, aus denen dann z. B. grundlegende bauelementphysikalische Abhängigkeiten abgeleitete werden können, wird die Bauelementstruktur und die Beschreibung der physikalischen Effekte in den Grundgleichungen so weit vereinfacht und werden eventuell plausible einschränkende Zusatzannahmen gemacht bis die Gleichungen mit analytischen Methoden gelöst werden können (= „analytische Modelle“). Die analytischen Modelle bilden dann meist die Grundlage zur Formulierung von so genannten Kompaktmodellen, mit denen man das Verhalten der Bauelemente im Rahmen der Schaltkreissimulation beschreibt. Dies sind in der Regel analytische Formeln, die die Abhängigkeit von (zeitabhängigem) Kontaktströmen von den an die Bauelementkontakte angelegten (zeitabhängige) Spannung bzw. die Abhängigkeit der Kontaktpotentiale von den in die Kontakte eingeprägten Ströme beschreiben. Die Beschreibung der inneren Variablen des Bauelementes E(x,y,z,t), n(x,y,z,t), p(x,y,z,t) ist in den Kompaktmodellen nicht mehr enthalten
Gegenstand der Vorlesung ist detaillierte und kritische Darstellung der unterschiedlichen Modelle. Die Vorlesung geht von den für jedes Bauelement gültigen halbleiterphysikalischen Grundphänomenen zur Beschreibung der Dichte der freien Elektronen und Löcher, des Elektronen- und Löcherstromes und des elektrischen Feldes aus. Zusammengeführt werden diese Darstellungen in der Formulierung der Grundgleichungen des so genannten Drift-Diffusionsmodells. In diesen Grundgleichungen enthaltene Einschränkungen werden diskutiert sowie mögliche Erweiterungen des Drift-Diffusionsmodells.
Für die Standard Bauelemente pn-Diode, Bipolartransistor und MOS-Transistor werden dann die aus der Vorlesung „Halbleiterbauelemente“ des Grundstudiums bekannten analytischen Näherungen für die jeweiligen Bauelemente abgeleitet. Dabei wird insbesondere auf die notwendigen einschränkenden Annahmen zur Bauelementstruktur und Bauelementphysik und ihre Konsequenz auf die Aussagekraft der resultierenden Modelle eingegangen.
Weiterer Gegenstand der Vorlesung stellt die Behandlung von Kompaktmodellen zur Beschreibung der Bauelemente im Rahmen der Schaltkreissimulation dar. Neben den seit langer Zeit eingeführten Modellen für Bipolartransistoren ( Ebers-Moll-, Gummel-Poon-Modell , ..) und MOS-Transistoren ( Pao-Sah, SPICE LEVEL1, -LEVEL2, -LEVEL3, ... ) werden Möglichkeiten diskutiert, die einerseits immer komplexere "Sonderbauelemente" wie z. B. bipolare Leistungshalbleiter und andererseits immer detaillierteren Betriebszustände der Bauelemente realistisch simulieren zu lassen. Auf die quantitative Anpassung der Kompaktmodelle an konkret vorliegende Bauelemente (Parameterextraktion) wird eingegangen.
- ECTS-Informationen:
- Credits: 5
- Zusätzliche Informationen
- Zugeordnete Lehrveranstaltungen
- UE: Übung zu Bauelementmodelle
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Dozent/in: Prof. Dr. phil. nat. Michael Stoisiek
Zeit und Ort: Di 12:30 - 14:00, BR 1.161; Bemerkung zu Zeit und Ort: Zeit und Ort eventuell nach Vereinbarung
- Verwendung in folgenden UnivIS-Modulen
- Startsemester WS 2010/2011:
- Bauelementemodellierung
- Institution: Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente
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