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Auf dieser Website finden Sie die Lösungen zu Aufgaben aus dem Lehrbuch. Außerdem können Sie hier im Laufe der Zeit Informationen, Bilder oder Videos zu den einzelnen Kapiteln finden.

Lösungen

Lösung 2.1

Lösung 2.2

X = 225 %; Die Fläche wächst um 125%.

  • Höhere Ausbeute (mehr Chips pro Wafer)
  • Geringere Produktionskosten
  • Höherer Gewinn

Lösung 2.3

VorteileNachteile
Silizium

- günstig

- hohe Verfügbarkeit

- hochwertiger, elektrisch extrem belastbarer Isolator

- Bandlücke 1,02 eV

- hohe Temp. = geringe Leckströme

- hoher Schmelzpunkt 1413 °C

- hohe Temperaturbeständigkeit

- einfache Herstellung

- hohe Zuverlässigkeit

- Bestimmte Herstellung von Bauelementen nicht möglich: z.B.: LED`s

- nicht für Hochfrequenzbauelemente geeignet

III/V

- höhere Schaltgeschwindigkeit

- höhere Ladungsträgerbeweglichkeit

- Umwandlung von Strom in Licht

- Kristallqualität

- fehlende Bruchfestigkeit

- kein wirkliches art­eigenes Oxid

- komplizierte Herstellung

Lösung 2.4

Festkörper sind amorph, wenn die Atome regellos angeordnet sind (z.B. Glas, Kunststoff).

Polykristalline Festkörper bestehen aus vielen kleinen ungeordneten Einkristallen (z.B. Metalle).

Einkristalline Festkörper besitzen eine regelmäßige Anordnung der Atome (z.B. Diamant, Salzkorn, Wafer).

Lösung 2.5

  • Dotierungen, also gewünschte Verunreinigungen, können zuverlässig reproduziert werden
  • geringe Kristallfehler; Einfluss unbekannter Fremdatome gering
  • hohe Verfügbarkeit
  • hochwertiger, elektrisch extrem belastbarer Isolator
  • Bandlücke 1,02 eV
  • hohe Temp. = geringe Leckströme
  • hoher Schmelzpunkt 1413 °C
  • hohe Temperaturbeständigkeit
  • einfache Herstellung
  • hohe Zuverlässigkeit

Lösung 2.6

  • Schottky-Defekte
  • Stufenversetzungen
  • Punktdefekte

 

Schottky Fehlerordnung

Schottky-Defekte:

Bei der Schottky-Fehlerordnung lagert sich aus dem Kristall das fehlende Atom an der Oberfläche des Kristalls ab. Somit fehlt im Inneren des Kristalls ein Atom und an der Oberfläche ist ein Atom zu viel.

Stufenversetzung

Stufenversetzung:

Bei der Stufenversetzung endet eine Gitterebene innerhalb des Kristalls. Dabei rücken die Nachbaratome unterhalb dieser Änderung näher zusammen. Durch diese entstehende Stufe treten Spannungen in der Gittergeometrie auf, die zu Problemen bei der Fertigung führen können. Zudem reichern sich in der Senke (s. roter Pfeil) vermehrt Dotierstoffe an und bewirken so lokale Änderungen in der Leitfähigkeit. Hier ist die Ausbildung parasitärer Strompfade möglich.

substitutionelles Fremdatom

Punktdefekte:

Zu den Punkdefekten gehören alle Fehler, die im atomaren Bereich liegen. Hier werden einzelne Si-Atome durch Fremdatome ersetzt oder mögliche Fremdatome besetzen Zwischengitterplätze. Auch der Schottky- und der Frenkel-Defekt gehören zu den Punktdefekten.

Lösung 2.7

1- Schutzgas; Absaugung

2 - Quarzrohr

3 - Keim

4 - Einkristall

5 - Si-Schmelze

6 - Quarz-Tiegel

7 - Grafit-Tiegel

8 - HF-Spule

9 - Schutzgas; Zufuhr

Das Reinstsilizium wird in einem Quarztiegel bei 1440 oC geschmolzen. Ein Impfkristall wird in die Schmelze (1425 oC) eingetaucht und unter ständigem Drehen langsam herausgezogen. Ziehgeschwindigkeit 3cm/h bis 20cm/h. Aus der Schmelze werden einkristalline Si-Stäbe bis 300 mm Durchmesser und 100 kg gezogen.

Durch die Zugabe der Gase Phosphin (PH3) oder Diboran (B2H6) ist eine Grunddotierung möglich. Sie liegt bei 1015 Atome /cm3 (1 Dotieratom auf 10.000.000 Siliziumatome).

Lösung 2.8

1) Aufbau FZ Anlage

2) Allgemeines Funktionsprinzip

Das Reinstsilizium wird als Stab eingespannt und durch eine Hochfrequenzspule in einem schmalen Bereich geschmolzen. Ein Impfkristall wird in die Schmelzzone eingetaucht und unter ständigem Drehen wird der Stab durch die Spule gezogen. Die Schmelzzone übernimmt beim Abkühlen die Struktur des Impflings. Durch die Zugabe der Gase Phosphin (PH3) oder Diboran (B2H6) ist eine gleichmäßige Dotierung möglich.

3) Besonderheiten

Verunreinigungsgrad:

Kohlenstoff: ~ 1*1016 cm-3

Sauerstoff: bis unterhalb der Nachweisgrenze

4) Vor- und Nachteile des Verfahrens

VorteileNachteile
  • sehr homogene Dotier­stoffverteilung für Leistungs­bauele­mente
  • hohe Durchbruchs­spannung
  • Anwendung: Leistungs­halbleiter
  • keine Verunreinigung durch Tiegel
  • hochohmige Einkristalle bis zu 200 kΩcm
  • teures Verfahren
  • Einkristalle nur mit kleinen Durchmessern (15 cm) möglich

5) Einsatzgebiete des Verfahrens

Leistungselemente

Lösung 2.9

Metallische Werkstoffe werden für metallische Legierungen sowie für Metallkontakte (z.B. Aluminiumleiterbahnen) verwendet.

Lösung 2.10

Um das Abdampfen des flüchtigen Arsens durch eine flüssige Abdeckung mit Boroxid (B2O3) zu verhindern.

Lösung 2.11

Polykondensation

Bei der Polykondensation werden Monomere mit zwei funktionellen Gruppen pro Molekül eingesetzt. Dabei eignen sich funktionelle Gruppen aus Amino-Gruppen (-NH2), Carboxyl-Gruppen (-COOH) und Hydroxyl-Gruppen (-OH).

Die Makromoleküle entstehen durch mehrere Kondensationsreaktionen. Als erstes erfolgt das Verknüpfen zu Dimeren. Dabei spaltet sich pro zwei miteinander reagierenden funktionellen Gruppen ein Wassermolekül ab.

Lineare, thermoplastische Makromoleküle entstehen durch Verwendung von bifunktionalen Monomeren (Einzelbausteine mit zwei Verknüpfungspunkten).

Dreidimensional vernetzte, duroplastische Makromoleküle entstehen durch trifunktionale Monomeren (Einzelbausteine mit drei Verknüpfungspunkten).

Bei der Polykondensation verknüpfen sich zwei Molekülsorten zu Makromolekülen, wobei pro Verknüpfung zweier Monomere ein Wassermolekül abgespalten wird. Die Produkte nennt man Polykondensate.