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, Dünnfilm-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
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).
- Geschichte
- Bindungen
- Kristallaufbau
- Defekte
- Gitterschwingungen
- Bandstruktur
- Dotierung
- Transport
- Optische Eigenschaften
- Rekombination
- Heterostrukturen
- Externe Felder
- Organische Halbleiter
- 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.
- Lecture 1
- Lecture 2
- Lecture 3
- Lecture 4
- Lecture 5
- Lecture 6
- Lecture 7
- Lecture 8
- Lecture 9
- Lecture 10
- Lecture 11
- Lecture 12
- Lecture 13
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):
- Bilder zur Vorlesung 1 (PDF, Stand 10.11.2010)
- Bilder zur Vorlesung 2 (PDF, Stand 18.01.2011)
- Bilder zur Vorlesung 3 (PDF, Stand 18.01.2011)
- Dokumente zur Vorlesung 4 (PDF, Stand 18.01.2011)
- Dokumente zur Vorlesung 5 (PDF, Stand 18.01.2011)
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.
Note, the tasks for the lecture will be provided in the AlmaWeb.
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) (English: Scanning electron microscopy (SEM))
- 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: Probenzüchtung und Vorcharakterisierung; Infos: 1
- B2
- FET 2: MESFET-Prozessierung/Photolithographie
- B3
- Raumladungszonen-Analyse
- B4
- Photostrom-Spektroskopie
- B5
- Solarzellen
- B5
- Leuchtdioden (LED)
- B7
- Laserdioden
- B8
- FET 3: Elektrische Charakterisierung der MESFETs