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Universität Leipzig

Faculty of Physics and Earth Sciences

Felix Bloch Institute for Solid State Physics

Semiconductor Physics Group

Wahlpflichtfach Halbleiterphysik


Inhalt

Halbleiter bilden die Grundlage vieler moderner Produkte, wie z. B. der Computer (Speicher, CPU), der CD-ROM/DVD-Spieler (Halbleiter-Laser), der optischen Nachrichtentechnik (Halbleiter-Laser, -verstärker, -detektoren) oder der Solartechnik (Silizium-Solarzellen). Viele moderne Fragestellungen geben Anlass zu intensiven Forschungsanstrengungen, z. B. in den Bereichen neuartige Photodioden, Solarzellen, Leuchtdioden und Laser, nanostrukturelle Effekte und ihre technologische Nutzung, oder die Kombination von halbleitenden mit ferroelektrischen oder magnetischen Eigenschaften, die die Grundlagen für künftige Produkte und Industriezweige sein werden.

Es wird eine integrierte Lehrveranstaltung angeboten, die aus Vorlesung, Übung und Praktikum besteht.


Vorlesungen

Halbleiterphysik I: "Physik der Halbleiter"

Prof. Dr. M. Grundmann
4 SWS Vorlesung + 1 SWS Übung
Modul-Nr.: 12-PHY-BW3HL1
Aufwand: 10 LP
Turnus: jedes WS

Die Nachklausur findet am 29.03.2017, von 13:00 Uhr bis 16:00 Uhr im SR 221 statt.

Bringen Sie bitte unbeschriebenes Papier und Schreibutensilien mit. Sie dürfen einen nicht-programmierbaren und nicht grafikfähigen Taschenrechner verwenden.

The re-exam takes place on 29/03/2017 from 13:00 – 16:00 in the lecture room SR 221.

Please bring blank sheets of paper and writing utensils. You are allowed to use a non-programmable and a non-graphic calculator.




Es werden die Grundlagen der Halbleiterphysik erklärt, u. a. Kristallaufbau, Gitterschwingungen, Bandstruktur, Dotierungen, Transportphänomene, Oberflächen, optische Eigenschaften, Ladungsträger-Rekombination und Heterostrukturen. Dieses stellt die Wissensbasis dar für das Verständnis der Funktionsweise von Halbleiter-Bauelementen (siehe Halbleiterphysik II).

(Zum Lesen der folgenden verlinkten PDF-Skripte wird ein Passwort benötigt.)
  1. Geschichte
  2. Bindungen
  3. Kristallaufbau
  4. Defekte
  5. Gitterschwingungen
  6. Bandstruktur
  7. Dotierung
  8. Transport
  9. Optische Eigenschaften
  10. Rekombination
  11. Heterostrukturen
  12. Externe Felder
  13. Organische Halbleiter
  14. Halbleiter-Nanostrukturen

Halbleiterphysik II: "Physik und Technologie von Halbleiterbauelementen"

Prof. Dr. M. Grundmann
4 SWS Vorlesung
Modul-Nr.: 12-PHY-MWPHLP3
Aufwand: 5 LP
Turnus: jedes SS

Es werden die physikalischen Grundlagen, Eigenschaften, Funktionalität und Herstellung der wichtigsten modernen Halbleiterbauelemente behandelt, u. a. Dioden, Transistoren, CMOS, Mikroelektronik, Photodetektoren, CCD's, Laserdioden, optische Kommunikationssysteme, Solarzellen.

(Zum Lesen der folgenden verlinkten PDF-Skripte wird ein Passwort benötigt.)
  1. Dioden
  2. Photodetektoren
  3. Solarzellen
  4. Leuchtdioden
  5. Laser
  6. Transistoren
  7. Optische Kommunikation

Halbleiterphysik III: "Aktuelle Kapitel der Halbleiteroptik"

2 × 2 SWS Vorlesung
Modul-Nr.: 12-PHY-MWPHLP6
Aufwand: 5 LP
Turnus: jedes WS

Dieses Modul besteht aus 2 Vorlesungen:

Licht-Materie-Wechselwirkung I: Kontinuumsoptik und Anregungen im Festkörper

Dr. R. Schmidt-Grund
2 SWS Vorlesung
Turnus: jedes WS

Übersicht: Phasen elektronischer und photonischer Zustände im Festkörper (Bosonen vs. Fermionen); Kontinuumsoptik: elektromagnetische Wellen im Festkörper; Polarisationsoptik; Kristalloptik; nicht-lineare Optik; optische Bauelemente; Elementaranregungen in 3D-periodischen Strukturen: phononische, elektronische und photonische Bandstrukturen; Wechselwirkung Photonenkontinuum mit 3D-periodischen Phononen und Elektronen; Quasiteilchen und gekoppelte Zustände.
Experimentelle optische Methoden: Raman-Streuung, IR-Spektroskopie, Ellipsometrie, Transmission, Absorption, Modulationsspektroskopie.

Licht-Materie-Wechselwirkung II: Beschränkte elektronische und photonische Systeme

Dr. R. Schmidt-Grund
2 SWS Vorlesung
Turnus: jedes WS

Übersicht: Störstellen in 3D-periodischen Strukturen: elektronische und photonische Punktdefekte, Quantenpunkte, -drähte, -gräben; Wechselwirkung von Elektronen, Excitonen, Plasmonen und elektronischen Wellenpaketen in beschränkten elektronischen Systemen mit dem Photonenkontinuum; Photonen in beschränkten photonischen Systemen (Resonatoren): photonische Moden und deren Besetzung, Wechselwirkungen mit elektronischen Anregungen; schwache und starke Licht-Materie-Wechselwirkung: Purcell-Effekt; kohärente Quantenzustände (Kavitäts-Exziton-Polaritonen, Bose-Einstein-Kondensate und Superflüssigkeiten).
Opto-elektronische Bauelemente: Detektoren, LEDs, Laser, optisch-parametrischer Oszillator, Quelle für verschränkte Photonenpaare; menschliches Sehen und Farbenlehre (Chromatisches Diagramm, Farbtemperatur, CRI).



Downloads (passwortgeschützt):


Übungen

Übung Halbleiterphysik I: "Physik der Halbleiter"

Prof. Dr. M. Grundmann
1 SWS Übung + 4 SWS Vorlesung
Modul-Nr.: 12-PHY-BW3HL1
Turnus: jedes WS

Begleitend zur Vorlesung werden Übungsaufgaben gerechnet, die den Stoff an praktischen Beispielen vertiefen und die wichtigsten Vorgehensweisen und Rechentechniken vorstellen.

Übung
(deutsch)
Tasks
(english)
Ausgabetermin
(day of issue)
Abgabetermin
(deadline)
Seminar zur Übung
(seminar day)
Übung 1 Task 1 16.10.2017 30.10.2017 30.10.2017
Übung 2 Task 2 01.11.2017 13.11.2017 13.11.2017
Übung 3 Task 3 13.11.2017 27.11.2017 27.11.2017

Praktikum

Begleitend zur Vorlesung werden Experimente an modernen Apparaturen der Arbeitsgruppe durchgeführt, die im täglichen Einsatz bei aktuellen Forschungsvorhaben verwendet werden. Zur Vorbereitung auf die Versuche gibt es ausführliche Skripte; die Versuche werden unter Anleitung eines Betreuers durchgeführt.

Praktikum Halbleiterphysik

2 SWS Praktikum
Modul-Nr.: 12-PHY-BW3HL2
Aufwand: 5 LP
Turnus: jedes SS

Das Praktikum Halbleiterphysik umfasst die Herstellung und Prozessierung eines eigenen oxidischen Feldeffekt-Transistors in mehreren Schritten sowie die Untersuchung von verschiedenen anderen Halbleiter-Bauelementen, wie Dioden, Leuchtdioden, Photodetektoren, Solarzellen und Laserdioden.

(Zum Lesen der folgenden verlinkten Skripte wird ein Passwort benötigt.)

A1
Ferroelektrische und ferromagnetische Hysterese
A2
Rasterelektronen-Mikroskopie (REM)
A3
PLD-Züchtung dünner Oxidfilme (PLD/RHEED); Infos: 1, 2
A4
Freie Ladungsträger (elektr. Leitfähigkeit / Hall-Effekt)
A5
Spektroskopische Ellipsometrie (English: Spectroscopic Ellipsometrie)
A6
Kristall-Struktur (Hochauflösende Röntgen-Diffraktometrie); Infos: 1, 2
A7
Strahlende Rekombination (Tieftemperatur-PL)
A8
Ellipsometrie an dielektrischen Schichten (English: Ellipsometry of dielectric layers)

Praktikum Halbleiterphysik II

2 SWS Praktikum
Modul-Nr.: 12-PHY-MWPHLP5
Aufwand: 5 LP
Turnus: jedes SS

Das Praktikum Halbleiterphysik II umfasst die Herstellung und Prozessierung eines eigenen oxidischen Feldeffekt-Transistors in mehreren Schritten sowie die Untersuchung von verschiedenen anderen Halbleiter-Bauelementen, wie Dioden, Leuchtdioden, Photodetektoren, Solarzellen und Laserdioden.

(Zum Lesen der folgenden verlinkten Skripte wird ein Passwort benötigt.)

B1
FET 1: Epitaxie/Hall/Ellipsometrie; Infos: 1
B2
FET 2: Photolithographie und Kontaktierung
B3
Raumladungszonen-Analyse
B4
Photodetektoren (11 MB)
B5
Solarzellen
B6
LED – Leuchtdioden (English: LED – Light-emitting diodes)
B7
Laserdioden
B8
FET 3: Elektrische Charakterisierung
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