Sensorsysteme VO an der Technische Universität Graz | Karteikarten & Zusammenfassungen

Lernmaterialien für Sensorsysteme VO an der Technische Universität Graz

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Was ist der Unterschied zwischen Isolatoren und Dielektrika?

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Im Prinzip sind es die gleichen Materialien, aber in unterschiedlichen Anwendungen: Isolatoren sollen "isolieren" (geringe Leitfähigkeit, hohe Durchschlagsfestigkeit), Dielektrika sammeln Ladungen auf ihrer Oberfläche durch interne Ladungsverschiebung (Polarisation) (Dielektizitätszahl/Permittivitätszahl)

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Bewegen sich Löcher oder Elektronen schneller? Welche Implikationen hat die unterschiedliche Bewegungsgeschwindigkeit?

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Elektronen bewegen sich deutlich schneller als Löcher, somit haben n-dotierte Bereiche (Elekronenüberschuss) eine höhere Leitfähigkeit im Vergleich zu p-dotiertem Material, bei dem ein Ladungsträgermangel vorhanden ist.

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Rechnen sie eine Fehlerfortpflanzung mit von Ihnen gewählten Daten und Operatoren.

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Kann ein Leiter eine Bandlücke aufweisen?

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Ja, diese muss jedoch unter dem Fermi-Niveau (Fermi Level) liegen damit es sich weiterhin um einen Leiter handelt.

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Welche Bewegungen von Ladungsträgern in Halbleitern kennen sie?

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Thermische Bewegung:

Durch Stöße mit den Gitteratomen erhalten die Elektronen eine thermische Geschwindigkeit von ~10^7cm/sec in zufälliger Richtung.

Drift-Bewegung:

Imelektrischen Feld erhalten die Elektronen eine zusätzliche Bewegungskomponente in Feldrichtung.

Diffusion:

Aufgrund der thermischen Bewegung diffundieren Elektronen aus Gebieten mit hoher Konzentration in Gebiete mit geringer Konzentration.

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Was ist das Totband eines Sensors? Beschreiben Sie dieses an Hand eines Diagramms!

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Das Totband ist ein Intervall um den Nullpunkt in dem der Sensor trotz unterschiedlicher Stimuli Null ausgibt.

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Warum sind Halbleitersensoren so attraktiv?

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Weil sie gut in Massenfertigung erzeugt werden können (-> günstig) und Datensammlung und Verarbeitung in einem Bauteil vereint werden können (-> Zuverlässigkeit durch kurze Übertragungswege).

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Nach welchen Kriterien ist das Periodensystem der Elemente geordnet?

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Es wurde nach Hauptschalen und Perioden (Elektronenanzahl in der Hauptschale) geordnet.

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Nach welchen Regeln werden Energieniveaus von Elementen mit Elektronen besetzt?

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Nach dem Pauli-Prinzip: Es dürfen keine Elektronen mit gleichem Spin in einem Energieniveau existieren.

Elektronen besetzten immer das Niveau in dem ihre Energie minimal ist.

Nund'sche Regel: Niveaus gleicher Energie werden zuerst jeweils mit einem Elektron besetzt. Erst wenn alle einfachbesetzt sind werden Doppelbesetzungen vorgenommen.

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Bei welchen chemischen Bindungsarten entstehen elektrische Dipole?

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Bei Atombindung von verschiedenen Atomarten.

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Wie können Kristalle klassifiziert werden?

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Sämtliche Kristalle lassen sich anhand von 7 elementaren Raumgittertypen (lettuce-types) (kubischflächenzentriert, triklin, rhombisch, hexagonal dichteste Packung, …) und 14 Einheitszellen (unit-cells) exakt klassifizieren.
Im reziproken Ortsraum (Fourier Transformierte des Kristallgitters) kann ein Kristall anhand der sogenannten Miller‘schen Indizes klassifizier werden. Kristallebenen werden mit runden Klammern angegeben z.B. (101), Richtungen mittels eckiger Klammern z.B. [111].

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Welche Dotierverfahren kennen Sie?

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Diffusion: Dotierstoff wird auf die mit einer Dotiermaske überzogene Oberfläche aufgetragen und in einem Quarzrohrofen eingebrannt. Heutzutage nicht mehr zeitgemäß, da die erforderlichen Strukturgrößen nicht erreicht werden können. (Jedoch sehr günstig!)

Implantation: Dotieratome werden ionisiert und mit einem Beschleuniger direkt in das Halbleitermaterial geschossen. Eingebrachte Menge sowie Ort genau steuerbar, heutzutage das Standartverfahren.

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Q:

Was ist der Unterschied zwischen Isolatoren und Dielektrika?

A:

Im Prinzip sind es die gleichen Materialien, aber in unterschiedlichen Anwendungen: Isolatoren sollen "isolieren" (geringe Leitfähigkeit, hohe Durchschlagsfestigkeit), Dielektrika sammeln Ladungen auf ihrer Oberfläche durch interne Ladungsverschiebung (Polarisation) (Dielektizitätszahl/Permittivitätszahl)

Q:

Bewegen sich Löcher oder Elektronen schneller? Welche Implikationen hat die unterschiedliche Bewegungsgeschwindigkeit?

A:

Elektronen bewegen sich deutlich schneller als Löcher, somit haben n-dotierte Bereiche (Elekronenüberschuss) eine höhere Leitfähigkeit im Vergleich zu p-dotiertem Material, bei dem ein Ladungsträgermangel vorhanden ist.

Q:

Rechnen sie eine Fehlerfortpflanzung mit von Ihnen gewählten Daten und Operatoren.

A:

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Q:

Kann ein Leiter eine Bandlücke aufweisen?

A:

Ja, diese muss jedoch unter dem Fermi-Niveau (Fermi Level) liegen damit es sich weiterhin um einen Leiter handelt.

Q:

Welche Bewegungen von Ladungsträgern in Halbleitern kennen sie?

A:

Thermische Bewegung:

Durch Stöße mit den Gitteratomen erhalten die Elektronen eine thermische Geschwindigkeit von ~10^7cm/sec in zufälliger Richtung.

Drift-Bewegung:

Imelektrischen Feld erhalten die Elektronen eine zusätzliche Bewegungskomponente in Feldrichtung.

Diffusion:

Aufgrund der thermischen Bewegung diffundieren Elektronen aus Gebieten mit hoher Konzentration in Gebiete mit geringer Konzentration.

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Q:

Was ist das Totband eines Sensors? Beschreiben Sie dieses an Hand eines Diagramms!

A:

Das Totband ist ein Intervall um den Nullpunkt in dem der Sensor trotz unterschiedlicher Stimuli Null ausgibt.

Q:

Warum sind Halbleitersensoren so attraktiv?

A:

Weil sie gut in Massenfertigung erzeugt werden können (-> günstig) und Datensammlung und Verarbeitung in einem Bauteil vereint werden können (-> Zuverlässigkeit durch kurze Übertragungswege).

Q:

Nach welchen Kriterien ist das Periodensystem der Elemente geordnet?

A:

Es wurde nach Hauptschalen und Perioden (Elektronenanzahl in der Hauptschale) geordnet.

Q:

Nach welchen Regeln werden Energieniveaus von Elementen mit Elektronen besetzt?

A:

Nach dem Pauli-Prinzip: Es dürfen keine Elektronen mit gleichem Spin in einem Energieniveau existieren.

Elektronen besetzten immer das Niveau in dem ihre Energie minimal ist.

Nund'sche Regel: Niveaus gleicher Energie werden zuerst jeweils mit einem Elektron besetzt. Erst wenn alle einfachbesetzt sind werden Doppelbesetzungen vorgenommen.

Q:

Bei welchen chemischen Bindungsarten entstehen elektrische Dipole?

A:

Bei Atombindung von verschiedenen Atomarten.

Q:

Wie können Kristalle klassifiziert werden?

A:

Sämtliche Kristalle lassen sich anhand von 7 elementaren Raumgittertypen (lettuce-types) (kubischflächenzentriert, triklin, rhombisch, hexagonal dichteste Packung, …) und 14 Einheitszellen (unit-cells) exakt klassifizieren.
Im reziproken Ortsraum (Fourier Transformierte des Kristallgitters) kann ein Kristall anhand der sogenannten Miller‘schen Indizes klassifizier werden. Kristallebenen werden mit runden Klammern angegeben z.B. (101), Richtungen mittels eckiger Klammern z.B. [111].

Q:

Welche Dotierverfahren kennen Sie?

A:

Diffusion: Dotierstoff wird auf die mit einer Dotiermaske überzogene Oberfläche aufgetragen und in einem Quarzrohrofen eingebrannt. Heutzutage nicht mehr zeitgemäß, da die erforderlichen Strukturgrößen nicht erreicht werden können. (Jedoch sehr günstig!)

Implantation: Dotieratome werden ionisiert und mit einem Beschleuniger direkt in das Halbleitermaterial geschossen. Eingebrachte Menge sowie Ort genau steuerbar, heutzutage das Standartverfahren.

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