Vorlesung Werkstoffe der Elektrotechnik

 

 

Einleitung

Skript

1.

Grundlagen der Festkörperphysik

1.1.

Quanten und Wellen

 

( Photon, Photoeffekt, Comptoneffekt, de Broglie-Wellenlänge )

1.2.

Schrödinger-Gleichung

 

( Operatoren, zeitabhängige Schrödinger-Gleichung )

1.2.1.

Zeitunabhängige Schrödinger-Gleichung

Java-Applet

 

( Lösung für freie Elektronen, an einer Potentialstufe, an einer Potentialbarriere und in einem Potentialtopf )

1.2.2.

Das Wasserstoffatom und die Besetzung der Energieniveaus

1.2.3.

Absorption und Emission

1.2.4.

Elektronen im räumlich-periodischen Potential

1.2.5.

Die effektive Masse

1.3.

Der kristalline Zustand

Skript

1.3.1.

Das Raumgitter

 

( Elementarzelle, Einheitszelle, Bravais-Gitter, Kristallrichtungen, Kristallebenen, Kristallstrukturen )

1.3.2.

Das Reziproke Gitter

 

( Definition, Eigenschaften, Brillouin-Zone )

1.3.3.

Kristalle als Beugungsgitter

 

( Laue-Gleichungen, Braggsche Reflexionsbedingungen )

1.3.4.

Bindungsarten

 

( Ionenbindung, kovalente Bindung, metallische Bindung, van-der-Waals-Bindung, Wasserstoffbrückenbindung )

1.3.5.

Gitterstörungen

 

( null-, ein-, zwei- und dreidimensionale Fehlordnung, substitutioneller und interstitieller Einbau, Schottky-Defekte, Frenkel-Defekte, Versetzungen, Burgers-Vektor, Korngrenzen )

1.3.6.

Gitterschwingungen

 

( Dispersionsbeziehung, Brillouin-Zone, akustischer und optischer Zweig )

1.4.

Elektrische Eigenschaften der Festkörper

 

( Metall, Isolator, Halbleiter )

1.5.

Mechanische Eigenschaften der Festkörper

 

( Dehnung, Poisson-Zahl, Hookesches Gesetz, Wechselbeanspruchung, Härtemessung )

 

 

2.

Metalle

Skript

2.1.

Mechanische Eigenschaften

2.2.

Elektrische Eigenschaften

2.3.

Legierungen

 

( Phase, freie Enthalpie, Löslichkeit, intermetallische Verbindungen )

2.3.1.

Zustandsdiagramm bei vollständiger Löslichkeit

2.3.2.

Zustandsdiagramm bei eutektischer Erstarrung

2.3.3.

Zustandsdiagramm bei eingeschränkter Löslichkeit

 

( eutektisches Diagramm, peritektisches Diagramm )

2.3.4.

Elektrische Eigenschaften von Legierungen

2.4.

Supraleitung

 

( Meissner-Ochsenfeld-Effekt, BCS-Theorie, Hochtemperatursupraleiter )

2.5.

Anwendungen

 

( Leiterwerkstoffe, Kontaktwerkstoffe, Widerstände, Temperatursensoren )

 

 

3.

Halbleiter

Skript

3.1.

Bandstruktur und Banddiagramm

 

( Erwartungswerte von Geschwindigkeit und Impuls, effektive Masse, Defektelektron, Banddiagramm )

3.2.

Elektronen- und Löcherkonzentration im Leit- bzw. Valenzband

 

( Besetzungswahrscheinlichkeit, Energietermdichte, Fermi-Dirac-Funktion, Maxwell-Boltzmann Statistik, Eigenleitungsdichte, Massenwirkungsgesetz )

3.3.

Halbleiter mit Störstellen

3.4.

Kompensierte Halbleiter

3.5.

Elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern

 

( Beweglichkeit, Gunn-Effekt, Overshoot-Effekt, Hall-Effekt, Peltier-Effekt )

3.6.

Ladungsträgertransportmechanismen

Skript

 

( Felddrift, Diffusion, Transportgleichung, Quasiferminiveau, Injektion, Akkumulation, Extraktion, Exklusion, Kontinuitätsgleichung )

3.7.

Generation und Rekombination

 

( direkte Rekombination, indirekte Rekombination, Auger-Rekombination, Stoßionisation, thermische Generation, Photogeneration )

3.8.

Raumladung und Potential

3.9.

Zusammenfassung: Das System der makroskopischen Halbleitergleichungen

 

( Raumladungsbegrenzter Stromfluß, Relaxationszeit, Debeye-Länge )

3.10.

Der pn-Übergang

Skript , Praktikum

 

( Diffusionsspannung, Raumladungszonenbreite, Sperrschichtkapazität, Rekombination, Generation, Minoritätsträgerrandkonzentration, Strom-Spannungsbeziehung )

3.11.

Der Heteroübergang

 

( kleine Störung der Gitterstruktur, Typ I, II und III, Starke Störung der Gitterstruktur )

3.12.

Der Metall-Halbleiter-Übergang

 

( keine Oberflächenladungen, Ohmsche Kontakte, Schottky-Kontakte, hohe Oberflächenladungsdichte )

3.13.

Halbleitertechnologie

3.13.1.

Herstellung von Einkristallen

 

( Zonenschmelzverfahren, Ziehverfahren, Gradient-Freeze-, Bridgman-, Czochralski und LEC-Verfahren )

3.13.2.

Epitaxie

 

( LPE, VPE, MOCVD, MBE, MOMBE )

 

 

4.

Dielektrische Werkstoffe

Skript

4.1.

Klassifizierung

4.2.

Makroskopische Eigenschaften

4.2.1.

Elektrische Leitfähigkeit

 

( Volumenleitfähigkeit, Oberflächenleitfähigkeit )

4.2.2.

Polarisation

 

( Elektrisierung, Suszeptibilität, Verlustwinkel, komplexe Dielektrizitätskonstante)

4.2.3.

Durchschlagfestigkeit

4.3.

Atomare Eigenschaften

4.3.1.

Elektrische Leitfähigkeit

4.3.2.

Polarisation

 

( elektrische Polarisation, ionische Polarisation, Orientierungspolarisation )

4.3.3.

Ferroelektrizität

4.3.4.

Piezoelektrizität

 

 

5.

Magnetische Werkstoffe

Skript

5.1.

Makroskopische Eigenschaften

 

( Permeabilitätskonstante, magnetische Polarisation, Magnetisierung, magnetische Suszeptibilität, Verlustwinkel, komplexe Permeabilitätskonstante )

5.2.

Atomare Eigenschaften

5.2.1.

Ursachen der Magnetisierung

 

( Elektronenspin, Bahnimpuls )

5.2.2.

Diamagnetismus

5.2.3.

Paramagnetismus

5.2.4.

Ferro-, Antiferro- und Ferrimagnetismus

 

( Hundsche Regel, Austauschenergie, indirekte Austauschwechselwirkung )

5.2.5.

Temperaturabhängigkeit

 

( Curie Temperatur, Néel Temperatur )

5.2.6.

Hysterese

 

( Weißsche Bezirke, Bloch-Wand, Wandverschiebung, Sättigungspolarisation, Koerzitivfeldstärke, Remanenzinduktion )

5.3.

Anwendungen

 

 

 

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