Wenn man sich die Theorie zur Halbleitertechnik durchliest, dann klingt das alles überzeugend, doch wenn man dann Fragen hat, werden die irgendwie durch die Theorie nicht immer beantwortet. Oder man braucht erst fünf Semester Physik. Okay, ich übertreibe. Trotzdem meine Fragen hier. Eventuell könntn ihr mir mit kompakten Antworten weiterhelfen: 1. Warum wird bei Silicium zur Dotierung meistens Bor (p) und Phosphat (n) eingesetzt? Im Periodensystem steht Phosphor rechts von Silicium, links steht aber Aluminium. Für mich wäre es deshalb logisch, Aluminium zur n-Dotierung zu verwenden. Warum nicht? 2. Im zweiten Beitrag in diesem Thread Beitrag "Bipolartransistor - Dotierung" zeigt Bodo ein Dotierprofil eines NPN-Transistors. Warum ist an der Stelle, so der Kollektor elektrisch an den Metallkontakt angebunden wird, mit 10^18 deutlich höher dotiert als im restlichen Kollektorbereich? 3. Wenn ich das richtig verstanden habe, beißen sich bei einem Transistor die Anforderungen Hochfrequenz und hohe Leistung (hohe Ströme). Aber wie baut man denn dann einen Transistor, der zum Beispiel einen terrestrische Antenne (mehrere Kilowatt) für das Fernsehprogamm zum Beispiel im UHF-Band? Der muss doch hohe Leistung und hohe Frequenzen können. 4. Metalle haben bei T=0 freie Ladungsträger. Die Valenzelektronen sind scheinbar alle im Leitungsband. Warum hat Silizium bei T=0 keine freien Ladungsträger, sondern erst bei höheren Temperaturen? Die Frage zielt auch etwas auf den Bandabstand ab. Warum ist bei Metallen (Leitern) das Valenzband so nah am Leitungsband, bei Silizium aber nicht? Für mich ist es einfach nicht verständlich, warum bei Silizium für ein Elektron mehr Energie notwendig ist, es ins Leitungsband zu prügeln. Die Elektronen sind doch alle gleich und die Schalen (Schalenmodell) auch.
1. Warum wird bei Silicium zur Dotierung meistens Bor (p) und Phosphat (n) eingesetzt? Im Periodensystem steht Phosphor rechts von Silicium, links steht aber Aluminium. Für mich wäre es deshalb logisch, Aluminium zur n-Dotierung zu verwenden. Warum nicht? Aluminium selber ist ein leitendes Metall es gibt folglich alle seine Valenz e- in das Leitungsband ab(Stichwort Elektronengas in metallen); es kommt als zu keiner echten gitter Fehlstelle. bor und Phosphor zeigen diese verhalten nicht da sie nicht Metalle sind. Ich bin mir bei der Aussage nicht sicher und werde noch einmal nachschlagen.
Benedikt S. schrieb: > Ich bin mir bei der Aussage nicht sicher und werde noch einmal > nachschlagen. Wo schlägst du denn nach?
> Metalle haben bei T=0 freie Ladungsträger. Die Valenzelektronen sind
scheinbar alle im Leitungsband. Warum hat Silizium bei T=0 keine freien
Ladungsträger, sondern erst bei höheren Temperaturen? Die Frage zielt
auch etwas auf den Bandabstand ab.
Fermiflaechen, thermische Boltzmanverteilung ... Das waeren dann eben
die 5 Semester Physik... ist tatsaechlich so.
:
Bearbeitet durch User
Studi schrieb: > 2. Im zweiten Beitrag in diesem Thread > Beitrag "Bipolartransistor - Dotierung" zeigt Bodo ein Dotierprofil > eines NPN-Transistors. Warum ist an der Stelle, so der Kollektor > elektrisch an den Metallkontakt angebunden wird, mit 10^18 deutlich > höher dotiert als im restlichen Kollektorbereich? Wenn ich mich noch richtig zurückerinnern kann ist der einzige Grund dafür, den Übergangswiderstand zur Metallkontaktierung vom Collektor möglichst gering zu machen.
Studi schrieb: > 3. Wenn ich das richtig verstanden habe, beißen sich > bei einem Transistor die Anforderungen Hochfrequenz > und hohe Leistung (hohe Ströme). Ja. > Aber wie baut man denn dann einen Transistor, der zum > Beispiel einen terrestrische Antenne (mehrere Kilowatt) > für das Fernsehprogamm zum Beispiel im UHF-Band? Soweit ich weiss: Gar nicht. Man verwendet entweder Röhren (Klystron) in der Sendestufe oder schaltet viele kleinere Endstufen zusammen.
Wie sieht es mit der notwendigen Temperatur aus, um mit Aluminiumdampf via Diffusion dotieren zu können? Die wäre doch viel zu hoch, also nimmt man Bor. Ohne Gewähr :-)
:
Bearbeitet durch User
Udo Schmitt schrieb: > Wie sieht es mit der notwendigen Temperatur aus, um mit > Aluminiumdampf > dotieren zu können? Die wäre doch viel zu hoch, also nimmt man Bor. Das ist doch nicht das einzige Dotierverfahren für Silizium! Die nötige Temperatur um Aluminiumdampf zu erzeugen kann also nicht die Antwort sein. Es wird ja auch nicht reiner Phosphor verdampft, sondern in Verbindungen, zum Beispiel Phosphin PH_3, zugesetzt. Für eine Ionenimplantation müsste Aluminium abre zum Beispiel geeignet sein. Warum dotiert man nicht mit Aluminum?
Es gibt ja durchaus HF-Leistungstransistoren, nur sind die halt alle irgenwie eher teuer. Wild herausgegriffenes Beispiel, ein BLF188XR kostet über 200 €.
Hallo Studi, zu Frage 1) Es gibt drei wesentliche Vorraussetzung und zahlreiche Nebenbedingungen für die Eignung eines Dotierstoffs in einem beliebigen Halbleiter: a) Löslichkeit des Dotierstoffes b) Einbau der Atome im Gitter / keine Passivierung des Dotierstoffes c) niedrige Aktivierungsenergie Man kann Aluminium verwenden, aber es weist schlechtere Dotiereigenschaften (liegt energetisch tiefer) auf. Vielleicht lässt es sich prozesstechnisch auch schlechter einbringen. Weiterhin muss man bedenken, wie sich der Dotierstoff bei anderen Prozess verhält, z.B. thermischen Behandlungen die nach dem Dotierung durchgeführt werden (Ausdiffusion). Glaube das ist auch sehr von dem jeweiligen Bauelement und den Anforderungen abhängig. zu Frage 2) Thomas schrieb: > Wenn ich mich noch richtig zurückerinnern kann ist der einzige Grund > dafür, den Übergangswiderstand zur Metallkontaktierung vom Collektor > möglichst gering zu machen. Genau. Achtung das Bild war stark vereinfacht. zu Frage 3) Hohe Leistung bedeuted nicht nur hohen Strom, sondern meist auch hohe Spannunng und hohe Wärmeleitfähigkeit (Ableitung von Verlustleistung). Es gibt bestimmte Halbleiter (HL) die für diese Zwecke besser geeignet sind z.B. SiC, GaN oder Diamant. Alle sind HL mit weiter Bandlücke. Dadurch lassen sich vor Allem höhere Spannungen sperren als beim Si, alle stecken aber auch noch mehr oder weniger in den Kinderschuhen. Hohe Frequenz bedeutet in der Mikroelektronik hohe Ladungsträgermobilität. Diese erreicht man mit speziellem Aufbau und Eigenschaften der HL-Bauelemente, z.B. 2DEG in HEMTs (High Electron Mobility Transitor) wie es in GaAs Bauelementen schon lange Verwendung findet. Auch im GaN lässt sich so etwas realisieren. Tatsächlich gibt es schon ein paar GaN HEMTs für HF, nicht bis in den kW Bereich und über 200V, aber vielleicht bald. zu Frage 4) Studi schrieb: > Die Elektronen > sind doch alle gleich und die Schalen (Schalenmodell) auch. Die Schalen sind aber der Knackpunkt. Das Schalenmodell ist nicht ausreichende um die Zusammenhänge zu erklären. Die Energieniveaus der Elektronen sind nicht gleich. Im Halbleiter sind die Elektronen einfach stärker an die Gitteratome gebunden (im Valenzband) und können sich nicht einfach frei zwischen den Atomen bewegen (Leitungsband) wie bei Metallen. Sie brauchen Energie um die Bindung zu verlassen. Die Ursache dafür führt aber weit in die Festkörperphysik und sprengt hier den Rahmen (Orbital-Theorie, Schrödinger Gleichung, Elektron als Welle usw). Im Wikipedia Artikel zur Bandlücke findest du vielleicht was. Auch die Elektronen sind nicht unbedingt gleich, Stichwort: effektive Masse. Hoffe das war dir nicht zu lang und hilft weiter.
Studi schrieb: > > Das ist doch nicht das einzige Dotierverfahren für Silizium! Die nötige > Temperatur um Aluminiumdampf zu erzeugen kann also nicht die Antwort > sein. Dei Temperatur ist es auch nciht, die zielführende Antwort (Leitungsband) wurde bereits obne gegeben. > Es wird ja auch nicht reiner Phosphor verdampft, sondern in > Verbindungen, zum Beispiel Phosphin PH_3, zugesetzt. Da ist eien Frage der Handhabung. Gasförmiges Phosphin ist einfahcer fertigunstechnsich zu handhaben. Der dabei Wasserstoff ist leicht abzutrennen und stört nicht. Es sind sowieso keine großen Mengen. > > Für eine Ionenimplantation müsste Aluminium abre zum Beispiel geeignet > sein. ISt es , wie schon gesagt, nicht für fertigungstechnische anwendung. > > Warum dotiert man nicht mit Aluminum? Wiurde schon beantwortet. Ernstgemeinter Rat: Wenn du sowieso studierst (was Dein Nickname nahe legt), geh man gelegentlich in der Halbleiterphysik Deiner FH/TH/Uni vorbei und plaudere mit den dortigen Dotoranden bei einer Tasse Kaffee. Sowas ist ergiebiger als ein Thread. Aber ich weiß, die "generation hinterkopf" chattet lieber stundnelang als direkt verbal 5_Minuten zu kommunizieren .-)
Danke für die Antworten. Zu 1., der Aluminium-Frage habe ich noch etwas gefunden. Al diffundiert sehr schnell und ist damit für tiefe pn-Übergänge geeignet. Allerdings hat Al eine schlechte Löslichkeit in Si und ist deshalb nicht dazu geeignet eine Randdotierung mit hohem Al-Anteil herzustellen, das können Ga und B besser. Das kombiniert man manchmal auch (erst tiefe geringe Al-Dotierung, dann noch den Rand mit einer oberflächlichen hohen Ga-Dotierung aufbauen). Machen wir mal weiter: 5. Eigenleitung versus Sperrstrom Eigenleitung beruht auf der intrinsischen Ladungsträgerdichte von Silizium, Dotierung ermöglicht die Störstellenleitung (viel größer als Eigenleitung und T-unabhängig). Ein in Sperrichtung betriebener pn-Übergang gleicht p- und n-Gebiet aus, die Störstellenleitung ist quasi nicht vorhanden. Jetzt dürfte also nur noch die Eigenleitung aktiv sein. Die Sperrstromdichte einer Silizium-Diode liegt bei 10^−11 A/cm2. Die Eigenleitungsdichte von Si ist etwa 10^10 pro cm³. Das heißt der Sperrstrom (aus der Sperrstromdichte folgend) wäre nur abhängig von der Eigenleitungsdichte? Ist dem so? Ein paar Piko-/Nanoampere klingen aber irgendwie recht wenig bei solchen Zehnerpotenzen intrinsischer Ladungsträger. 6. Gibt es einen Unterschied zwischen Sperrstrom und Sättigungssperrstrom oder ist das nur ein Synonym? In dem Zusammenhang: http://de.wikipedia.org/wiki/Diode "In diesem Artikel oder Abschnitt fehlen folgende wichtige Informationen: Es fehlen kurze Beschreibungen zum Unterschied von Sperrstrom und Rekombinationsstrom und warum die Diodengleichung aus dem Durchlassbereich hier modifiziert werden muss, um die reale Kennlinien zu beschreiben." Das würde mich auch mal interessieren!
Hallo Studi, Studi schrieb: > Zu 1.,... Interessiert mich auch, hast du eine Quelle dazu? bei den weiteren Fragen kommt man eigentlich kaum um ein bisschen Mathematik herum. Studi schrieb: > Eigenleitung beruht auf der intrinsischen Ladungsträgerdichte von > Silizium, Dotierung ermöglicht die Störstellenleitung (viel größer als > Eigenleitung und T-unabhängig). Nur in einem bestimmten Temperaturbereich. Studi schrieb: > Die Sperrstromdichte einer Silizium-Diode liegt bei 10^−11 A/cm2. Das kommt sehr stark auf die jeweilige Dotierung an. Als grobe Näherung für die Größenordnung vielleicht ok. Studi schrieb: > Das heißt der > Sperrstrom (aus der Sperrstromdichte folgend) wäre nur abhängig von der > Eigenleitungsdichte? Ist dem so? Bei hohen Temperaturen (in der Störstellenerschöpfung) mag es zwar stimmen, aber der Sperrstrom hängt um Raumtemperatur maßgeblich von den Minoritäten ab. Deren Konzentration hängt aber von der Dotierung ab. Studi schrieb: > Ein paar Piko-/Nanoampere klingen aber > irgendwie recht wenig bei solchen Zehnerpotenzen intrinsischer > Ladungsträger. Man hat etwa 10^23 Atome/cm³ im Kristall. Wieviele Atome kommen auf ein Elektron? Beim Metall ist es ca. eines. Studi schrieb: > Gibt es einen Unterschied zwischen Sperrstrom und > Sättigungssperrstrom oder ist das nur ein Synonym? Der Sperrstrom ist spannungsabhängig. Der Sättigungssperrstrom ist der Wert an den sich der Sperrstrom in Sperrichtung annähert, wenn es keinen Durchbruch gäbe...eine Konstante. Studi schrieb: > ... die Diodengleichung aus dem > Durchlassbereich hier modifiziert werden muss... siehe: starke Injektion, Serien-Widerstand und Generation-/Rekombinationsstrom Der Wikipedia Artikel zur Diode ist eher technisch angehaucht und viele Formeln sind vereinfacht. Um physikalische Zusammenhänge besser zu verstehen, solltest du dir andere Quellen suchen. z.B.: http://ecee.colorado.edu/~bart/book/book/toc4.htm Andrew Taylor schrieb: > Ernstgemeinter Rat: Wenn du sowieso studierst (was Dein Nickname nahe > legt), geh man gelegentlich in der Halbleiterphysik Deiner FH/TH/Uni > vorbei und plaudere mit den dortigen Dotoranden bei einer Tasse Kaffee. Da hat Andrew recht, Grundverständnis sollte man nicht übers Forum aufbauen, das ist auch keine seriöse Quelle. Bei speziellen Detailfragen kannst du ja mal fragen, wobei dieses Forum in dem Bereich vielleicht auch nicht die richtige Adresse ist.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.