Festkörperelektronik

Festkörperelektronik, fachsprachlich auch Solid-State Electronics genannt, bezeichnet die Elektronik, die auf festen Halbleiterkörpersubstraten wie Silizium oder germanium beruht. Sie umfasst passive Bauelemente (Widerstände, Kondensatoren), aktive Bauelemente (Dioden, Transistoren) und integrierte Schaltungen, die durch Halbleiterprozesse hergestellt werden. Die Entwicklung reicht von der Erfindung des Transistors in den 1940er Jahren über die Mikroelektronik bis zur heutigen Informationsgesellschaft.

Die grundlegenden Prinzipien sind die Kontrolle von Ladungsträgern in Festkörpern, p-n-Übergänge und Metall-Halbleiter-Kontakte. Transistoren dienen der Verstärkung und dem Schalten, integrierte Schaltungen fassen Millionen bis Milliarden von Transistoren auf einem Chip zusammen. Wichtige Technologiezweige sind CMOS-, BiCMOS-Prozesse, FinFETs sowie fortgeschrittene Lithografie und Prozessführung.

Anwendungsbereiche reichen von analogen Schaltungen über digitale Logik bis hin zu Mikroprozessoren, Speicherbausteinen, Telekommunikationsbausteinen, Sensorik und Leistungselektronik. Festkörperelektronik ist eng mit der Entwicklung neuer Materialien und Architekturen verbunden, um Leistungsaufnahme, Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit zu verbessern.

Herausforderungen umfassen Wärmeableitung, Bauteilvariationen, Strahlungs- und Zuverlässigkeitsanforderungen sowie Kosten. Zukünftige Trends betreffen die Nutzung neuer Halbleitermaterialien (z. B. Siliziumkarbid, GaN), heterogene Integration, dreidimensionale Chipstrukturen sowie neuartige Bauelemente wie Spintronik oder neuromorphische Schaltungen.