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1.) IC =
2.) Festkörperschaltkreis =
3.) monolithischer Schaltkreis =
4.) solid-state circuit =
5.) monolithic integrated circuit

chip = die
die = würfel = plättchen

1.) Rohzustand
2.) Vielzahl von Prozessschritten

Abzugrenzen von
1.) Doppel
2.) Dreifach
3.) Mehrfach-Bauelementen
- Doppeldioden -Trioden -Pentoden

1920er: 3NF, 2HF, erste Dreifachröhre
Doppel-Triode ECC83

3NF: Basisschaltung zum Ortsempfang und Verstärkung
2HF: Zusaetzlich zum Fernempfang

1949: Werner Jacobi: Halbleiterverstärker: 5 Transistoren
1958: Jack Kilby: erste integrierte Schaltkreis: ein Flipflop
1959: erster monolitischer, aus einem substrat gerfertiges ic

Herstellunge, wurden genutzt
1.) fotolithografische
2.) Diffusionsprozesse

Fairchild Semiconductor: erster Diffusions-Bipolartransistor

Intel 4004
Texas Instruments (TI) TMS 1000
Garrett AiResearch: Central Air Data Computer CADC


1960er: Texas Instruments, Fairchild Semiconductor
1970er: LSI
1980er: VLSI
2010: drei Milliarden Transistoren
Jetzt: acht Milliarden


SSI: small-scale integration
MSI: medium-scale integration
LSI: large-scale integration: 1000e
VLSI: very-large-scale integration


- Dickschicht
- Dünnschichtschaltungen
... Bauteile werden Aufdampfen und Strukturieren einer dünnen Schicht auf einem Glassubstrat hergestellt werden

Einkristall = Monokristall

Monokristall =
1.) makroskopischer Kristall
2.) Bausteine (Atome, Ionen oder Moleküle)
3.) bilden
    - durchgehendes
    - einheitliches
    - homogenes
Kristallgitter

<=>

Unterscheidung:
1.) Einkristalle
2.)
2.1.) polykristallinen Aggregaten,
2.2.) verzwillingten Kristallen
2.3.) amorphen Substanzen (Gläsern)

Schema des Kristalls von Kochsal = Natriumchlorid:
In jeder Raumrichtung wechseln
1.) Natrium-Ionenregelmäßig mit
2.) Chlorid-Ionen
ab. 0,56 Nanometer

Ein Kristall ist
1.) ein Festkörper,
2.) dessen Bausteine – z. B. Atome, Ionen oder Moleküle –
3.) regelmäßig in einer Kristallstruktur angeordnet sind

Beispiele:
- Kochsalz,
- Zucker,
- Minerale
- und Schnee

Schaltkreise werden dabei meist durch
1.) Dotierung oder
2.) Epitaxie
Substratmaterials gefertigt

Dotierung:
oder das Dotieren:
lateinisch dotare ‚ausstatten‘
Einbringen von Fremdatomen in eine Schicht oder in das Grundmaterial eines ic

Dotierungsverfahren
1.) Diffusion
2.) Elektrophorese
3.) Ionenimplantation: Beschuss mittels hochenergetischen Teilchenkanonen unter Vakuum

Diffusion:
lateinisch diffundere: ausgießen, verstreuen, ausbreiten
1.) ohne äußere Einwirkung
2.) Ausgleich von Konzentrationsunterschieden in Stoffgemischen
3.) natürlich ablaufender physikalischer Prozess
4.) aufgrund der Eigenbewegung der beteiligten Teilchen

Er führt
1.) vollständigen Durchmischung zweier oder mehrerer Stoffe
2.) durch die gleichmäßige Verteilung der beweglichen Teilchen

n−
p−
n   1 Donator/107 Atome
p   1 Akzeptor/106 Atome
n+  1 Donator/104 Atome
p+  1 Akzeptor/104 Atome
n++
p++ 1 Akzeptor/103 Atome

1.) Legierung
2.) Diffusion
3.) Ionenimplantation und
4.) Neutronen-Transmutationsdotierung = Dotierung durch Kernumwandlung

Legierung:
lateinisch: ligare = binden = vereinen
1.) Metallurgie
2.)
2.1.) makroskopisch
2.2.) homogener
2.3.) metallischer Werkstoff
2.4.) aus mindestens zwei Elementen (Komponenten)

Element = Komponenten

Diffusion:
1.) ungerichteten Zufallsbewegung
2.) von Teilchen aufgrund ihrer thermischen Energie
3.) ungleichmäßiger Verteilung
4.) bewegen sich statistisch
5.) mehr Teilchen aus Bereichen hoher in Bereiche geringer Konzentration bzw. Teilchendichte, als umgekehrt

Ionenimplantation:
1.) Verfahren zur Einbringung von Fremdatomen
2.) in Form von Ionen
3.) in ein Grundmaterial

Prinzipiell:
- Der Beschuss von Festkörpern im Hochvakuum mit beschleunigten Ionen

1.) Erzeugung der Ionen in einer Ionenquelle
2.) Extraktion der Ionen durch ein elektrostatisches Feld
3.) Separation der Ionen nach Masse in einem Massenseparator
4.) Beschleunigung der Ionen
5.) Ablenkung mittels elektrischer Felder
6.) Implantation in die Probe

Strahlenschäden: Bei Implantation entstehen Strahlenschaeden im Kristallgitter des Halbleiters

=> ausgeheilt: Hochtemperaturprozess

Der Ausheilprozess:
1.) Ofenprozess
2.) Rapid Thermal Annealing (RTA)

Rapid Thermal Processing =  schnelle thermische Bearbeitung
Überbegriff für die Bearbeitung von Wafern

Prozesskammer
Halogenlampen,
1.) 150–250 Stück,
2.) 40 kW,
3.) 1000 °C,
4.) 400 Kelvin pro Sekunde
5.) 10–20 Sekunden


1.) Rapid Thermal Annealing RTA
2.) Rapid Thermal Oxidation RTO

LSS-Theorie: 1963 von
1.) Jens Lindhard,
2.) Morten Scharff und
3.) Hans E. Schiøtt
aufgestellt

Bethe-Bloch-Formel

1.) Bethe-Bloch-Formel
2.) LSS

Die Bethe-Formel =
1.) Bethe-Gleichung =
2.) Bethe-Bloch-Formel =
3.) Bethe-Bloch-Gleichung =
4.) Bremsformel

1.) gibt den Energieverlust pro Weg an
2.) den schnelle geladene schwere Teilchen
3.) Protonen, Alphateilchen, Ionen u.a.
4.) beim Durchgang durch Materie
5.) durch inelastische Stöße mit den Elektronen erleiden


1.) klassische
2.) nicht-relativistische Formel
1913 Niels Bohr aufgestellt

quantenmechanisch-relativistische: 1932 von Hans Bethe

Mittlere projizierte Reichweite: Die projizierte Reichweite eines Ions, beschreibt den Abstand des Ions zur Oberfläche, nachdem es zum Liegen gekommen ist

Reichweitestreuung: Sie beschreibt die Abbremsung der Ionen durch die Elektronen des Bremsmediums

1.) Mittlere projizierte Reichweite
2.) Reichweitestreuung

Gitterführungseffekt:
= channeling
 unerwünschter Effekt bei der Dotierung von monokristallinen Siliziumscheiben

Je nach Kristallanordnung in der Scheibe besteht die Möglichkeit, dass Ionen aufgrund der gleichmäßigen Kristallstruktur durch die Zwischenräume der Atome nahezu ungebremst und daher unerwünscht tief in das Substrat eindringen

Neutronen-Transmutationsdotierung: Dotierung durch Kernumwandlung

Neutronen-Transmutationsdotierung =
1.) NTD
2.) n-Transmutationsdotierung
in Silicium eine höchst homogene Dotierung mit Phosphor zu erreichen

1.) natürlichen Silicium
2.) stabilen 30Si-Isotope
3.) instabile 31Si-Isotop

Legierungstechnik: ...

Gasphasenabscheidung: PVD

chemical vapour deposition, CVD Dampfphasenabscheidung

An der erhitzten Oberfläche eines Substrates wird aufgrund einer chemischen Reaktion aus der Gasphase eine Feststoffkomponente abgeschieden

1.) Substratherstellung
1.1.) Herstellung von großen Einkristallen = Ingots
1.2.) Einzelsubstrate = Wafern

Ingot = Barren

Ingots
1.) monokristallin
2.) polykristallin

Kristallzuchtverfahren

Züchtung aus der Schmelz

Kristallzüchtung: Kristallzucht

1.) Verneuil-Verfahren
2.) Bridgman-Verfahren
3.) Nacken-Kyropoulus-Verfahren
4.) Czochralski-Verfahren

Verneuil-Verfahren: Das pulverförmige Ausgangsmaterial wird mittels Brenner verflüssigt und tropft auf einen Impfkristall (Keimkristall).

Züchtung aus der Schmelze
Züchtung aus der Gasphase
Züchtung aus der Lösung

Das Kristallwachstum aus der Lösung wird dann entweder durch Verdunsten des Lösungsmittels oder durch Temperaturänderung ausgelöst

Kristallzüchtung von Salzen aus wässrigen Lösungen ist teilweise einfach und mit Mitteln des Chemie-Unterrichtes in Schulen oder zu Hause durchführbar