Halbleiterphysik - Wahlpflichtfach Halbleiterphysik

Inhalt

Vorlesungen
Übungen
Praktikum

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 1: "Physik der Halbleiter"

Prof. Dr. M. Grundmann
4 SWS Vorlesung + 1 SWS Übung
Modul-Nr.: PH-M-PWF-HLP-1
Aufwand: 10 LP
Turnus: jedes WS

Es werden die Grundlagen der Halbleiterphysik erklärt, u. a. Kristallaufbau, Gitterschwingungen, Bandstruktur, Dotierung, Transportphänomene, Oberflächen, optische Eigenschaften, Ladungsträger-Rekombination und Heterostrukturen. Dieses stellt die Wissensbasis dar für das Verständnis der Funktionsweise von Halbleiter-Bauelementen (s. Halbleiterphysik 2).

Gliederung der Vorlesung Halbleiterphysik 1

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

Zusätzliche downloads

Halbleiterphysik 2: "Physik & Technologie von HL-Bauelementen"

Prof. Dr. M. Grundmann
4 SWS Vorlesung
Modul-Nr.: PH-M-PWF-HLP-2
Aufwand: 5 LP
Turnus: jedes SS

Es werden die physikalischen Grundlagen, Funktionalität, Anwendung und Herstellung der wichtigsten Halbleiter-Bauelemente behandelt, u. a. Dioden, Photodetektoren, CCDs, Solarzellen, Leuchtdioden, Laserdioden, Optische Kommunikationssysteme, Transistoren, CMOS, Mikroelektronik.

Gliederung der Vorlesung Halbleiterphysik 2

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

Zusätzliche Downloads

Aktuelle Kapitel der Halbleiterphysik und -technologie

Modul-Nr.: PH-M-PWF-HLP-3
Aufwand: 5 LP
Turnus: jedes WS (zweisemestrig)

Für dieses Modul müssen 2 der folgenden 3 Veranstaltungen belegt werden:

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; elektromagnetische Wellen im Festkörper - dielektrische Funktion - zeitliche und räumliche Dispersion; Polarisation; Matrix-Algebra der Polarisationsoptik; optische Moden; Reflexion und Transmission; Kristalloptik - Einfluss äußerer Felder; nicht-lineare Optik; optische Bauelemente
Elementaranregungen in 3D-periodischen Strukturen: phononische, elektronische und photonische Bandstruktur
Wechselwirkung Photonenkontinuum - 3D-periodischer Festkörper (speziell Halbleiter): Phononen und Elektronen - dielektrische Funktion; Quasiteilchen und gekoppelte Zustände: Plasmonen, Exciton, Exciton-Polariton, Phonon-Polariton, Plasmon-Phonon-Polariton
der angeregte Halbleiter: Lichtemission, kohärente Anregungszustände
experimentelle Methoden zur Optik: 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 SS

Störstellen in 3D-periodischen Strukturen: elektronische und photonische Punktdefekte, Quantenpunkte, Quantendrähte, Quantengräben Elektronen, Excitonen, Plasmonen und elektronische Wellenpakete in beschränkten elektronischen Systemen - Wechselwirkung mit Photonenkontinuum
Photonen in beschränkten photonischen Systemen (Resonatoren): photonische Moden und deren Besetzung, Wechselwirkungen mit elektronischen Anregungen
Licht-Materie-Wechselwirkung in halbleiterbasierten Resonator-Strukturen in Abhängigkeit von der Dichte des elektronischen und photonischen Systems
Schwache und Starke elektronische Anregung in halbleiterbasierten Resonator-Strukturen: Purcell-Effekt; Kavitäts-Exziton-Polaritonen; kohärente Quantenzustände (Kavitäts-Exziton-Polariton Bose-Einstein-Kondensate und Superflüssigkeiten)
opto-elektronische Bauelemente: Detektoren, LEDs, Laser, Optisch-Parametrischer Oszillator, Quelle für verschränkte Photonenpaare (alle speziell auf Resonator-Strukturen basierend)
Menschliches Sehen und Farbenlehre (Chromatisches Diagramm, Farbtemperatur, CRI)

Störstellen in Halbleitern

NN
2 SWS Vorlesung
Turnus: jedes SS

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 1

Prof. Dr. M. Grundmann
1 SWS Übung
Turnus: jedes WS

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

Übung	Ausgabetermin	Abgabetermin
Übung 1	24.10.2011	07.11.2011
Übung 2	10.11.2011	21.11.2011
Übung 3	24.11.2011	05.12.2011
Übung 4	08.12.2011	19.12.2011
Übung 5	22.12.2011	16.01.2012

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.