Obiettivi Formativi

Comprendere il principio di funzionamento dei dispositivi elettronici fondamentali:diodo a giunzione, transistori JFET, BJT e MOSFET.

Learning Goals

The aim of the subject is to provide students with the understanding of the working principles of the main electronics devices including diodes, JFETs, BJTs and MOSFETs.

Metodi didattici

Lezioni frontali di teoria ed esercitazioni.

Teaching Methods

The subject will be delivered through lectures. Some of this lecture time will be dedicated to problem-solving sessions.

Prerequisiti

Concetti di base di fisica dello stato solido.

Prerequisites

Basic concepts of solid state physics.

Verifiche dell'apprendimento

L'esame consiste di una prova scritta e una prova orale.

Assessment

The final exam consists of written and an oral exam.

Programma del Corso

Elementi di fisica dello stato solido: Struttura cristallina dei solidi. Struttura a bande di solidi conduttori, isolanti e semiconduttori. Portatori di carica nei semiconduttori: elettroni e lacune. Distribuzione energetica dei portatori: densità di stati e funzione di distribuzione di Fermi Dirac, legge di azione di massa. Drogaggio. Il trasporto della carica nei semiconduttori: corrente di trascinamento e di diffusione, mobilità e costante di diffusione, relazione di Einstein. Fenomeni di generazione e ricombinazione. Equazione di continuità nei semiconduttori. Approssimazione di quasi neutralità. La giunzione PN: La giunzione PN all'equilibrio. Potenziale di contatto e regione di svuotamento nel caso di giunzione brusca. Giunzione PN polarizzata: determinazione della caratteristica tensione corrente nell'ipotesi di bassa iniezione. Capacità di giunzione e di diffusione. Circuito equivalente per piccoli segnali. Breakdown a valanga e effetto Zener. Fenomeni transitori: tempi di commutazione. Dipendenza della caratteristica I-V dalla temperatura. Il transistore a effetto di campo a giunzione: Principio di funzionamento e determinazione della caratteristiche tensione corrente. Tensione di strozzamento. Il transistore bipolare: Principio di funzionamento e determinazione delle caratteristiche tensione corrente. Modello di Ebers e Moll. Caratteristiche a base comune e ad emettitore comune. Efficienza di emettitore, fattore di trasporto in base, guadagno di corrente in regione attiva. Fenomeni di Breakdown nella configurazione a base comune e emettitore comune. Transistore MOS: Condensatore MOS ideale. Arricchimento, svuotamento, inversione. Condensatore MOS reale. Struttura e principio di funzionamento del transistore MOS. Determinazione delle caratteristiche corrente-tensione.

Course Syllabus

Solid state physics fundamentals: Structure of solids. Band structure of conductors, insulators and semiconductors. Charge carriers in semiconductors: electons and holes. Energy distribution of carriers: desnity of states and Fermi Dirac dibstributions. Action mass law. Doping. Charge transport in semiconductors: drift and diffusion current. Carrier mobility and diffusion constant. Einstein equation. Carrier generation and recombination. Continuity equation in semiconductors. Quasi-neutrality approximation. PN Junction at equilibrium. Contact potential and depletion regions. Biased PN junction. Current voltage characteristic in low injection approximation. Junction and diffusion capacitance. Small signal equivalent circuit for the PN Junction. Avalance breakdown and Zener effect. Transient phenomena in the PN Junction: storage time. Temperature dependence of the current voltage characteristic of a PN junction. Junction Field Effect Transistor (JFET). Principle of operation and current voltage characteristics. Pinch off voltage. Bipolar Junction Transistor (BJT): principle of operation and current voltage characteristics. Ebers and Moll model. Charge control model. Regions of operation. Emitter efficiency and base transport factor. Current gain in the active region. Breakdown phenomena in the BJT in common base and common emitter configurations. MOS transistor. Ideal MOS structure. Enhancement, deploying and inversion. Real MOS structure. Structure and principle of operation of MOS transistors. Current voltage characteristics.