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HyperscriptMaWi für ET&IT© H. Föll Inhaltsverzeichnis"Rückgrat" |
Hyperscripts of AMAT: Allgemeine Information Inhaltsmatrix Index |
1. Einleitung |
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1.1 Grundlagen der Materialwissenschaft | |||
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Was ist Materialwissenschaft? | Geschichte, Paradigmen, Beispiele. | ||
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Fokus auf Kristalle. | Gase Þ Kristalle, 1. Def. Kristall | ||
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Grundlagen und Praxis der Materialwissenschaft. | Atome Þ Quantentheorie. Kristall=viele Atome Þ (stat.) Thermodynamik Eigenschaften, Empirie, Systeme, Machen, Geld, ... Þ Ingenieurwissenschaft. |
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1.2 Materialwissenschaft und ET&IT | |||
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MaWi und ET&IT Produkte. | Materialwissenschaftliche Produkte
der letzten 30 Jahre Jet, PC, Handy; Solarzelle, Akku, CD, DVD, Laser, Laptop,... MaWi Produkte der nächsten 30 Jahre???? |
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Was wir lernen wollen. | Optik ist MaWi! Halbleiterelektonik ist Thermodynamik! pn-Übergang: Solarzelle, Transistoren im Detail Grenzen der Solarzellen |
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Wie wir lernen wollen. | |||
2. Bindungen und einige Eigenschaften der Festkörper |
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2.1 Bindungspotentiale und erste Eigenschaften | |||
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Bindungspotentiale von Molekülen und Kristallen | Begruiff des Potentials; Coulombkraft als Beispiel, Potential und Kraft, Verallgemeinerung vom Molekül zum Kristall, Madelungkonstante, Ionisationsenergie und Elektroneaffinität, allgemeine Potentialformel. | ||
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Federn und der Elastizitätsmodul | Federn, Zugversuch und E-Modul. Atomar Betrachtung; E-Modul aus Potential. Faustformel und Bedeutng. | ||
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Temperatur und weitere Eigenschaften | Thermische Energie, Schwingungen. Amplitude, Frequenz und thermische Ausdehnung. Max. Bruchspannung und -dehnung, Probleme damit. | ||
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Vom Bindungspotential zum Kristall | Ungerichtet=dichteste Packung; aber
Größe?. Ungleiche Ladungen. Gerichtete (kovalente) Bindungen
bestimmt Struktur. Verallgemeinerung auf komplexe Basis, Moleküle. Folgerungen für freie oder gebundene Elektronem, Erste Konsequenzen; auch Optik. |
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2.2 Bindungstypen und Eigenschaften | |||
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Ionenbindung | Ionenbindung . Ungerichtet
Þ dichte Packung, Isolatoren, stark und
durchsichtig. 2. Black Box Betrachtung Welle rein - Welle raus. Gute DK. Kovalente Bindung. QT erforderlich. Gerichtet Þkomplexe Kristallstruktur. Isolator oder Halbleiter 1. BB Betrachtung Welle rein - Welle raus; schwieriger Metallbindung. unanschaulich aber freie Elektronen. Ungerichtet Þ dichte Packung, Elektr, Leiter. Sekundärbindungen. Wichtiug für Bio! Beispiel Dipol- Dipol WW |
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Kovalente Bindung | |||
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Metallbindung | |||
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Sekundäre Bindung und Verallgemeinerung | |||
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2.3 Essenz der Quantentheorie | |||
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Bindungspotentiale für Elektronen und Folgerungen | Von Analogie zu Ionen zu
Besonderheiten QT. Diskrete Niveaus, Zustand und Energie. Überlagerung
Potentialtöpfe zum Festkörper. Aufspaltung; Bänder. Besetzungsproblematik. Pauliprinzip. |
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Wellenfunktion, Schrödingergleichung | Input parameter, Struktur Output.
Messbare Paramter and Wahrscheinlichkeiten Beispiel Wassestoffatom. |
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Zustände, Wellen, Energie und Impuls | |||
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2.3 Ergänzende Quantentheorie | |||
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Sprung zu MaWi I | |||
3. Idealer Kristall |
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2.1 Bindungen im Kristall und Symmetrien | |||
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Dichteste Kugelpackung | Symmetrien, Folgerungen | ||
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2.2 Kristalltypen, Konventionen | |||
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2.3 Wichtige Gitter und Kristalle | |||
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4. Realer Kristall und defektbedingte Eigenschafte |
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4.1 Was sind Kristalldefekte? | |||
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Atomare Defekte, thermodyanmisches Gleichgewicht und Diffusion | |||
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Versetzungen und plastische Verformung | Enstehung, Mechansimsn | ||
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Flächen-und Volumendefekte | |||
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Defektentstehung und Beziehungen zwischen Defekten | |||
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4.3 Diffusion | |||
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4.3 Plastische Verformung | |||
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4.4 Sonstige defektbedingte Eigenschaften | |||
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5. Grundzüge von Thermodynamik und Kinetik |
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5.1 Temperatur, Energie und Entropie | 1. Hauptsatz der Thermodynamik. Gleichverteilungssatz, Gleichgewichte. | ||
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System oder Ensemble, 1. Hauptsatz | |||
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Entropie, S=klnw, 2. Haupsatz, Leerstellenbeispüiel | |||
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5.2 Freie Energie und Minimierungsprinzip | |||
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Freie Energie; Minimierungsprinzip, Beispiel Schmelzen | |||
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Beispiel Leerstellenkonzentration | |||
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5.3 Zustandsdichten und Verteilungsfunktionen | |||
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Boltzmannverteilung | |||
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Fermiverteilung; Eigenschaften | |||
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5.4 Weiter Beispiele | |||
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Phasendiagramme, Ausscheidungen, Gummielastizität. | |||
6. Dielektrika und Optik |
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6.1 Spannung, Feldstärke, Strom und Stromdichte | |||
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6.2 Materie im elektr. Feld; Polarisierung und Dielektrizitätskonstante | Black Box Betrachtung | ||
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6.3 Durchbruch und Alterung | |||
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6.4 Frequenzgang und Verluste | |||
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6.5 Spezielle Dielektrika | |||
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6.6 Dielektrika und Optik | |||
7. Magnetische Materialien |
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7.1 Magnetische Dipole und Arten des Magnetismus | |||
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7.2 Ferromagnetika; Hysterese | |||
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7.3 Anwendungen und Materialaspekte | |||
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8. Elektronen in Kristallen |
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8.1 Klassische Betrachtung und Ohmsches Gesetz | |||
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8.2 Quantenmechanische Betrachtung | Das freie Elektronengas, Besetzungswahrscheinlichkeit und Fermi-Statistik | ||
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8.3 | |||
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9. Beugung von Elektronen in Kristallen und Bandstruktur |
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9.1 Beugung von Wellen in Kristallen | |||
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9.2 Erweiterung des Modells der freien Elektronen durch das periodische Gitterpotential | Nur angedeutet | ||
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9.3 Banddiagramme | |||
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9.4 Generation, Rekombination und Wechselwirkung mit Licht | Rein "mechanisch" | ||
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9.4 Band-Band Übergänge | |||
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10. Halbleiter |
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10.1 Eigenleitfähigkeit | |||
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10.2 Dotierung | |||
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10.2 Lebensdauer udn Diffusionslänge | |||
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10.4 Vom idealen zum realen Halbleiter | |||
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11. Halbleiterkontakte und Bauelemente |
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11.1 Bandverbiegung und Raumladungszone | |||
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11.2 pn-Übergang | |||
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11.3 Halbleiter-Metallkontakt | |||
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11.4 Einfache Bauelemente | |||
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