Elektronische und optische Materialien

Die Studierenden können die quantenmechanischen Grundlagen der Festkörperphysik mit Modellen wie Materiewellenlänge, Schrödingergleichung, Fermi-Gas, 3D E(k)-Banddiagramme, Tunneleffekt, u.s.w., mathematisch beschreiben sowie ihre Bedeutung für die Materialeigenschaften erläutern. Auf diesen Kompetenzen aufbauend können die Studierenden das Phänomen der elektrischen Leitfähigkeit unterschiedlicher Materialsysteme in Abhängigkeit der Dimensionalität sowie bzgl. stationärem und dynamischem Verhalten erklären und mathematisch berechnen. Für die Werkstoffgruppe der Halbleiter kann das Konzept der effektiven Masse sowie die Rekombination und Generation von Ladungsträgern vertiefend beschrieben und auf bisher unbekannte Fragestellungen angewendet werden. Die Studierenden sind in der Lage, unter Berücksichtigung von Randbedingungen, Halbleiterübergänge zu kategorisieren sowie die Auswirkungen auf die zu erwartenden Materialeigenschaften mathematisch abzuleiten. Basierend auf diesen Kenntnissen können die Studierenden unter Anwendung der Quantenmechanik die Photonen-Materie- Wechselwirkung bzgl. Absorptions- und Emissionsverhaltens (z.B. Laserlicht, Fluoreszenz) mathematisch beschreiben und die optischen Eigenschaften berechnen. Ferner können die Studierenden das Funktionsprinzip einer Solarzelle basierend auf den Kenntnissen der Halbleitereigenschaften thermodynamisch beschreiben und Kenngrößen mathematisch ableiten.

Die einzelnen Themenschwerpunkte sind:
• Welle-Teilchen-Dualismus
• Die Schrödingergleichung
• Elektronische Bandstruktur kristalliner Festkörper
• Elektronen in kristallinen Festkörpern
• Elektrische Leitfähigkeit in Metallen
• Gitterschwingungen (Phononen)
• Elektronische Halbleitereigenschaften
• Heterogene Halbleiterübergänge
• Schwarzkörperstrahlung
• Leuchtdioden und Halbleiter-Laser
• Polarisationsmechanismen von Materie
• Solarzellen

Sprache

Deutsch

Umfang

Vorlesung: 4 h / Woche
Übung: 2 h / Woche
7 ECTS

Prüfung

Mündliche Prüfung nach Vereinbarung

Veranstaltungsnummer

ENGFN 72345

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