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''Es scheint jetzt möglich, sich elektronische Geräte vorzustellen, die als fester Block ohne Verbindungsdrähte hergestellt werden. Der Block kann aus Schichten von isolierenden, leitenden, gleichrichtenden und verstärkenden Materialien bestehen, wobei die elektrischen Funktionen direkt durch Ausschneiden von Bereichen aus den verschiedenen Schichten miteinander verbunden werden.'' (G. W. A. Dummer, 1952 [179])

• Kurzfassung
• Abstract
• Danksagung
• Inhaltsverzeichnis
• Notation
• 1 Einleitung
  • 1.1 Problemstellung
  • 1.2 Motivation
    • 1.2.1 Modellbildung
    • 1.2.2 Simulatorentwicklung
    • 1.2.3 Anwendungen
  • 1.3 Überblick
  • 1.4 Abgrenzung
• 2 Physikalische Grundlagen
  • 2.1 Quantenmechanische Grundlagen
    • 2.1.1 Die Bandstruktur
    • 2.1.2 Die Dynamik des Kristallelektrons
    • 2.1.3 Die effektive Masse
    • 2.1.4 Das Banddiagramm (Bändermodell)
    • 2.1.5 Die Zustandsdichte
  • 2.2 Statistische Mechanik
    • 2.2.1 Der Phasenraum für Kristallelektronen
    • 2.2.2 Die Verteilungsfunktion
    • 2.2.3 Das thermodynamische Gleichgewicht
    • 2.2.4 Ladungsträgerstatistik
    • 2.2.5 Die Boltzmann Transportgleichung
    • 2.2.6 Die Relaxationszeitnäherung
    • 2.2.7 Formale Transporttheorie
    • 2.2.8 Die Momentenmethode
  • 2.3 Klassische Thermodynamik (Thermostatik)
    • 2.3.1 Das Thermodynamische System
      • Zustandsvariable, Zustandsfunktion
      • Offenes-Geschlossenes-Abgeschlossenes System
      • Intensive-Extensive Variable
      • Die Gibbsfunktion
    • 2.3.2 Die physikalischen Begriffe Energie und Wärme, erster Hauptsatz
    • 2.3.3 Die physikalischen Begriffe Temperatur und Entropie, zweiter Hauptsatz
    • 2.3.4 Der Festkörper als thermodynamisches System
  • 2.4 Irreversible Thermodynamik
    • 2.4.1 Die Verallgemeinerung der klassischen Thermodynamik
    • 2.4.2 Das lokale Gleichgewicht
    • 2.4.3 Die feldtheoretische Form der Hauptsätze
    • 2.4.4 Die Postulate der irreversiblen Thermodynamik
    • 2.4.5 Die Definition des Wärmeflusses
• 3 Ein thermoelektrisches Transportmodell
  • 3.1 Kontinuitätsgleichungen und Erhaltungssätze
    • 3.1.1 Die Maxwellgleichungen
    • 3.1.2 Die Poissongleichung
    • 3.1.3 Ladungsträgerkontinuitätsgleichungen
    • 3.1.4 Energieerhaltung im dotierten Halbleiter
  • 3.2 Die Gibbs Fundamentalform
  • 3.3 Die Entropiebilanz
  • 3.4 Phänomenologische Gleichungen
  • 3.5 Makroskopische Transportparameter
  • 3.6 Transformationsbeziehungen von Transportparametern
  • 3.7 Evaluierung spezifischer Zustandsfunktionen
    • 3.7.1 Variante 1
    • 3.7.2 Variante 2
  • 3.8 Randbedingungen
  • 3.9 Physikalische Parameter
    • 3.9.1 Die Ladungsträgerbeweglichkeit
    • 3.9.2 Die Nettorekombinationsrate
    • 3.9.3 Die intrinsische Ladungsträgerkonzentration
    • 3.9.4 Die thermoelektrische Kraft
    • 3.9.5 Die Wärmeleitfähigkeit
    • 3.9.6 Die Wärmekapazität
• 4 Hydrodynamik und Thermodynamik
  • 4.1 Klassische Thermoelektrizität
  • 4.2 Thomsonrelationen und Entropie
  • 4.3 Energiebilanz und Gibbs Fundamentalform
  • 4.4 Irreversible Thermodynamik der Teilsysteme
    • 4.4.1 Die Zerlegbarkeit eines thermodynamischen Systems
    • 4.4.2 Thermoelektrizität der Teilsysteme
  • 4.5 H-Theorem und lokale Entropieproduktion
  • 4.6 Thermodynamischer versus hydrodynamischer Ansatz
    • 4.6.1 Hydrodynamischer Wärmetransport
    • 4.6.2 Die Diskrepanz der Rekombinationswärme
    • 4.6.3 Die hydrodynamische Gesamtenergiebilanzgleichung
    • 4.6.4 Kontinuumsmechanische Hydrodynamik
• 5 Eine Energietransportmodellhierarchie
• 6 Numerische Methoden
  • 6.1 Skalierung
  • 6.2 Diskretisierung
    • 6.2.1 Ortsdiskretisierung
    • 6.2.2 Zeitdiskretisierung
  • 6.3 Lösungsverfahren
    • 6.3.1 Nichtlinearitäten und Kopplungen in den zu lösenden Gleichungen
    • 6.3.2 Abschätzen der thermischen Relaxationszeit
    • 6.3.3 Iterationsstrategie
• 7 Anwendungen und Ergebnisse
  • 7.1 Leistungshalbleiterspezifika
  • 7.2 Kühlbedingungen
  • 7.3 'Thermal Runaway' im Abschaltthyristor (GTO-Thyristor)
    • 7.3.1 Funktionsweise
    • 7.3.2 Das thermoelektrische Gleichgewicht
    • 7.3.3 Thermisches Durchbrennen
  • 7.4 Latch-Up im IGT (Insulated Gate Transistor)
    • 7.4.1 Funktionsweise
    • 7.4.2 Vorwärtsleitung bei guter Kühlung
    • 7.4.3 Statischer Latch-Up aufgrund schlechter Kühlung
• 8 Ausblick
• Literaturverzeichnis
• Eigene Veröffentlichungen zum Thema Thermoelektrizität
• Lebenslauf
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