Halbleiter

Halbleiteringenieure entwerfen und entwickeln neue Halbleiterbauelemente, -schaltungen und -systeme. Sie können sich mit dem Design, der Simulation, dem Test und der Optimierung von Halbleiterbauelementen befassen und neue Herstellungsverfahren entwickeln.

Prozessingenieure entwickeln und optimieren Halbleiterherstellungsprozesse, einschließlich Fotolithographie, Abscheidung und Ätzen. Sie können auch an der Prozesskontrolle, der Ertragsverbesserung und der Qualitätskontrolle arbeiten.

Produktingenieure stellen sicher, dass Halbleiterprodukte den Kundenanforderungen und -spezifikationen entsprechen. Sie können an Produkttests, Fehleranalysen und Qualitätskontrollen arbeiten.

Anwendungsingenieure entwerfen und implementieren Halbleiterlösungen für spezifische Anwendungen. Sie bieten möglicherweise technischen Support, Produktdemonstrationen und Schulungen für Kunden an.

Forschungswissenschaftler forschen in der Halbleitertechnologie, um neue Materialien, Geräte und Herstellungsverfahren zu entwickeln. Sie können im akademischen Bereich, in staatlichen Forschungslabors oder im privaten Sektor arbeiten.

Die Kristallstruktur von reinem Silizium ist dreidimensional. Silizium (und Germanium) gehört zur IVa-Spalte des Periodensystems, der Familie der Kohlenstoffelemente. Die Haupteigenschaften dieser Elemente bestehen darin, dass jedes Atom über vier Elektronen verfügt, die es bei der Bildung von Bindungen mit benachbarten Atomen teilen kann. Vereinfacht lässt sich sagen, dass die Art einer Bindung zwischen zwei Siliziumatomen eine ist, bei der jedes Atom ein Elektron zum Teilen bereitstellt das andere Atom. Daher werden die beiden gemeinsamen Elektronen tatsächlich zu gleichen Teilen von den beiden Atomen geteilt. Diese Art der Bindung wird als kovalente Bindung bezeichnet. Dabei handelt es sich um eine sehr stabile Bindung, die die beiden Atome fest zusammenhält. Daher ist viel Energie erforderlich, um diese Bindung aufzubrechen. Dadurch entsteht der Siliziumkristall, nicht jedoch der Halbleiter. Im Siliziumkristall werden alle Außenelektronen jedes Siliziumatoms zur Bildung kovalenter Bindungen mit anderen Atomen verwendet. Es stehen also keine Elektronen zur Verfügung, die als elektrischer Strom von einem Ort zum anderen wandern könnten. Daher gilt ein reiner Siliziumkristall als wirklich guter Isolator. Ein reiner Siliziumkristall wird als intrinsischer Kristall bezeichnet. Damit der Siliziumkristall Strom leitet, muss den Elektronen ermöglicht werden, sich innerhalb des Kristalls von einer Position zur anderen zu bewegen, unabhängig von den kovalenten Bindungen zwischen Atomen. Eine Methode hierzu besteht darin, eine Verunreinigung ähnlich wie Arsen oder Phosphor in die Kristallstruktur einzuführen. Diese Elemente gehören zur Va-Gruppe des Periodensystems und besitzen fünf Außenelektronen, die sie mit anderen Atomen teilen können. Bei dieser Methode verbinden sich wie zuvor vier der fünf Elektronen mit benachbarten Siliziumatomen, es kann jedoch eine Bindung mit dem fünften Elektron gebildet werden. Schon mit einer kleinen angelegten elektrischen Spannung lässt sich dieses Elektron leicht bewegen. Da der resultierende Kristall über zusätzliche stromführende Elektronen mit jeweils negativer Ladung verfügt, wird er als N-Typ-Silizium bezeichnet. Andere Elemente – wie Gallium – haben nur drei Elektronen, die mit benachbarten Atomen geteilt werden können. Die drei Elektronen bilden eine kovalente Bindung mit benachbarten Siliziumatomen, die erwartete vierte Bindung kann jedoch nicht hergestellt werden, sodass ein Loch in der Kristallstruktur zurückbleibt. Auf diese Weise scheinen sich Löcher als positive Ladung durch Kristalle zu bewegen.