Leistungshalbleiterbauelemente5 ECTS
(Prüfungsordnungsmodul: Leistungshalbleiter-Bauelemente)

Lehrveranstaltungen:

• • Leistungshalbleiterbauelemente
    (Vorlesung, 2 SWS, Tobias Erlbacher, Mo, 10:15 - 11:45, 0.111)
  • Übung zu Leistungshalbleiterbauelemente
    (Übung, 2 SWS, Tobias Erlbacher, Di, 8:15 - 9:45, 0.111)

Inhalt:

In nahezu allen Feldern der Elektrotechnik, von der Energieerzeugungs- und Übertragungstechnik über die Kfz- und Industrieelektronik bis hin zu Geräten der Konsumelektronik und Datentechnik kommen heute leistungselektronische Systeme zum Einsatz. Dies ist nur möglich durch die Verfügbarkeit einer großen Palette unterschiedlicher aktiver Leistungshalbleiterbauelemente und Smart-Power ICs für typische Leistungen von < 1 W bis > 1 MW bei Spannungsfestigkeiten von 10 V bis 10 kV bzw. Stromtragfähigkeit der Bauelemente von 0.1 A bis > 3 kA. In der Vorlesung werden die Grundlagen zum Verständnis dieser Bauelemente sowie die unterschiedlichen technischen Realisierungsformen behandelt.

Die Vorlesung beginnt mit einer detaillierten Darstellung der für alle Leistungshalbleiterbauelemente maßgeblichen bauelementphysikalischen Grundphänomene, die die Spannungsfestigkeit im ausgeschalteten Zustand, Spannungsabfall und Stromtragfähigkeit im eingeschalteten Zustand und Schaltdynamik beim Umschalten vom eingeschalteten in den ausgeschalteten Zustand und umgekehrt bestimmen. Darauf aufbauend werden Grundprinzip, technische Ausgestaltung, Herstellungsverfahren und typische Leistungsdaten der wichtigsten Bauelementklassen behandelt. Neben der Diskussion der "klassischen" Leistungshalbleiterbauelemente Hochspannungsdiode, Thyristor, GTO und Bipolarer Leistungstransistor wird ausführlich auf moderne MOS-gesteuerte Leistungshalbleiterbauelemente wie Leistungs-MOSFETs und IGBTs eingegangen. Aktuelle Entwicklungstrends werden diskutiert. Über Smart-Power ICs, das sind monolithisch integrierte Schaltkreise, bei denen zusammen mit informationsverarbeitenden Schaltungen auch typische leistungselektronische Schaltungen auf einem Chip integriert sind, wird ein kurzer Überblick gegeben. Die ausführliche Behandlung von Technologien und Bauelementen zur Herstellung von Smart-Power ICs ist Gegenstand der Vorlesung Smart-Power Technologien im SS. Die Vorlesung Leistungshalbleiterbauelemente bietet das Bauelementegrundwissen für die Vorlesungen "Elektrische Antriebstechnik I + II" und "Leistungselektronik", "Schaltnetzteile", und "Pulsumrichter für elektrische Antriebe".

Literatur:

• E. Spenke, pn-Übergänge, Springer, 1979

• W. Gerlach, Thyristoren, Springer, 1981

• J. P. Stengl, J. Tihanyi, Leistungs MOS-FET-Praxis, Pflaum Verlag, 1992

• B. J. Baliga, Semiconductor Power Devices, PWS Publishing Company, 1995

• B. Murari, F. Bertotti, G. A. Vignola (Eds.), Smart Power ICs, Springer, 1996

• D. A. Grant, J. Gowar, Power MOSFETs, Theory and Applications, Wiley, 1989

• D. Schröder, Elektrische Antriebe 3, Leistungselektronische Bauelemente, Springer, 1996

• V. Benda, J. Gowar, D. A. Grant, Power Semiconductor Devices, Wiley, 1999

Weitere Informationen:

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2010 | Masterprüfung | Studienrichtung Elektrische Energie- und Antriebstechnik | Vertiefungsmodule Elektrische Energie- und Antriebstechnik | Leistungshalbleiter-Bauelemente)
2. Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2010 | Masterprüfung | Studienrichtung Leistungselektronik | Kernmodule Leistungselektronik | Leistungshalbleiter-Bauelemente)

Studien-/Prüfungsleistungen:

mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 30, benotet

Erstablegung: WS 2011/2012, 1. Wdh.: SS 2012, 2. Wdh.: keine Wiederholung

1. Prüfer:

Lothar Frey