10.3.2 Was es noch so gibt

Was es noch so gibt an Halbleiterbauelementen

Wir hatten als Halbleiterbauelemente die Diode und zwei Transistorsorten. Was gibt's sonst noch?
Eine Antwort gibt zum Teil der Sprung zurück zur Einleitung.
Eine weitere Anwort gibt der (intelligente) fragende Blick auf nahezu jedes beliebige Produkt das entweder einen Netzanschluss oder eine Batterie besitzt.
Hier ist eine (unvollständige) Stichwortliste:
Leistungshalbleiter
Bauelemente die mehr als ca. mehr als 1 A und Spannungen von mehr als etwa 24 V "beherrschen" sind Leistungshalbleiter oder "Power" Bauelemente. Die Obergrenze für ein Bauelement kann bei mehreren 1.000 Ampere und Volt liegen.
Bedarf besteht von ein paar W bis zu MW. Die > 50 Elektromotörchen in einem besseren Auto, mit denen Spiegel, Sitze etc. verstellt werden, brauchen alle einen Leistungshalbleiter im W Bereich, der sie ansteuert. Die E-Lok oder die Netzumrichter für die Bahn (50 Hz auf 16.66 Hz) braucht die MW Brummer.
Bekannte Namen sind Thyristor (Halbleiterbauelement mit pnpn-Struktur; Kunstwort aus Thyratron und Resistor), TRIAC ("TRIode Alternating Current switch"; zwei gegenläufig geschaltete Thyristoren; aber auch IGBT (= Insulated-Gate Bipolar Transistor), GTO ("Gate Turn Off" Thyristor), und so weiter.
Das muss man jetzt noch nicht wissen oder verstehen - es kommt automatisch später. Wir sehen aber recht drastisch, dass mit Diode und Transistor die Halbleiterbauelemente erst angefangen haben, und dass danach noch so manches kommt.
Leistungshalbleiter werden zu den Gewinnern der Energiekrise zählen, den nur mit ihnen lassen sich sich Energieflüsse zukünftig intelligenter steuern.
Optoelektronik
Wir können drei Bereiche unterscheiden:
  1. Detektoren; d.h. Licht rein, Strom raus. (Solarzellen zählen nicht so recht zur Optoelektronik)
  2. LEDs (Light Emitting Diode); d. h. kalte Halbleiterlichtquellen mit Strom rein, Licht raus.
  3. Halbleiter Laser oder sehr spezielle LEDs.
Allen gemeinsam ist die Verwendung von meist anderen Hableitern als Silizium; definitiv für Punkt 2 und 3 da Si nun mal ein indirekter Halbleiter ist.
Die Komplexität der Optoelektronik steht der Si Elektronik nicht nach. Zur Zeit (2009) erleben wir eine Revolution der Beleuchtungstechnik durch "weiße" Hochleistungs-LEDs.
Flache Bildschirme
Egal wie das Grundprinzip auch aussieht (Plasma, LCD (Liquid Crystal Display), elektronisches Papier (epaper)), jedes Pixel des flachen Bildschirms braucht einen Transisitor zu Ansteuerung.
Die Transistormatrix kann aus offenkundigen Gründen nicht in einkristallinem Si dargestellt werden; hier sind Großflächentechniken gefragt; Stichwort "Dünnschichttransistor").
Integrierte elektro-mechano-opto-.... Mikrosysteme (MEMS; Mikro Electronic Mechanical System). Mehr dazu im Link.
Beschleunigungssensoren für die Airbags des Autos gehören dazu, wie auch die Drehratensensoren für die dynamische Fahrkontrolle oder dei "intelligenteren) i-Phones etc., dei "wissen" ob sie senkrecht oder quer gehalten werden.
Auch der in vielen Beamern anzutreffende DLP (Digital Light Control) Chip mit seinen > 1 Mio individuell anzusteuernden Wackelspiegeln gehört dazu.
Energiegewinnung
Neben der "simplen" ein- oder grobkristallinen SiSolarzelle mit pn-Übergang wie behandelt, gibt es eine wachsende Schar von Konkurrenzprodukten, aber immer auf der Basis von Halbleitern, z. B.
  • Amorphes oder nanokristallines Dünnschicht Silizium.
  • Die CIGS (Cu - In - Ga - S oder Se) Familie; z. B. CuInSe2.
  • Die CdTe Familie.
  • Die TiO2 + Elektrolyt Famile
  • Organische Halbleiter, Exoten.
Eine Nische besetzen derzeit die Thermoelemente, insbesondere in der Form der Peltier Elemente (selbst nachschauen was das ist). Das kann sich aber bald ändern: Hocheffizente Thermoelemente (Wärme rein, Strom raus), selbstredend aus Halbleitern, werden derzeit (2009) intensiv erforscht.
Der für's Elektroauto unverzichtbare Li-Ionenakku ist derzeit zu schwer und zu teuer. Mit Si Nanodrähten wird's (vielleicht) bald besser.
Die Liste ist nicht vollständig, aber wir lassen's damit mal gut sein
 
Halbleitertechnologie
   
Vor 40 Jahren oder so war in einem Gehäuse genau ein Transistor, vor 50 Jahren gab's noch keine. Heute haben wir > 1.000.000.000 verschaltete Transistoren in einem Gehäuse.
Einen Transistor zu machen, zusammen mit ein paar Milliarden Kollegen, die man auch noch gezielt verdrahtet, ist was ganze anderes als zu verstehen, wie es funktioniert. Das zugehörige Fachgebiet der Halbleitertechnologie ist ein eigenes Studium, der Link führt zu den Grundlagen.
Auf dem Weg dahin wurden völlig neue Technologien aller Arten entwickelt, die fast alle 10 - 15 Jahre vor ihrer großtechnischen Verwendung zum Ding der Unmöglichkeit erklärt wurden.
Seit dem Ende des 20. Jahrhunderts kann eine neue Entwicklung beobachtet werden, die sich in folgendem Merksatz wiederspiegelt:
Mit Halbleitertechnologie kann man außer Chips
auch noch ganz andere komplexe Dinge machen!
Welche genau, wird sich zeigen.

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© H. Föll (MaWi für ET&IT - Script)