Obiettivi Formativi

Il corso di “Dispositivi Elettronici” vuole fornire le conoscenze che stanno alla base del funzionamento fisico dei dispositivi elettronici quali resistenze, diodi e transistors a semiconduttore. A tal fine è necessaria una adeguata conoscenza dei meccanismi di conduzione di carica che viene approfondita nella prima parte del corso. La modellizzazione è inquadrata costantemente all’interno del modello deriva-diffusione dei semiconduttori e accompagnata dal supporto computazionale attraverso lo sviluppo di codice numerico e verifica attraverso simulazione di dispositivo. Le conoscenze acquisite permetteranno la completa comprensione dei parametri dei modelli compatti dei dispositivi elettronici utilizzati nella progettazione circuitale, in particolare quelli relativi alla progettazione digitale integrata, la capacità di interagire con simulatori di dispositivi e la capacità di effettuare le misure elettriche di base per la caratterizzazione dei dispositivi a semiconduttore.

Learning Goals

Analysis of the physical/electrical properties and dimensioning of main semiconductor electronic devices

Metodi didattici

Il corso è composto di lezioni (teoria) ed esercitazioni. Le lezioni si svolgono attraverso la proiezione di slide e materiale didattico messo a disposizione dal docente. Le esercitazioni riguardano la risoluzione di problemi supportati da codice e simulazione di dispositivo al calcolatore. Sono inoltre previste esperienze in laboratorio di caratterizzazione elettrica.

Teaching Methods

Lectures based on theory and exercises supported by the use of semiconductor device simulators

Prerequisiti

Per affrontare il corso di “Dispositivi Elettronici” sono necessarie le conoscenze di base dell’elettrostatica quali i concetti di campo, forza e potenziale.

Prerequisites

concepts of electrostatics

Verifiche dell'apprendimento

La verifica consiste nella preparazione di un elaborato che include una discussione del problema sotto esame, e la risoluzione attraverso l’ausilio di codice e simulazione di dispositivo, e relativa discussione. La valutazione finale può essere integrata, a scelta dello studente, con una discussione orale in forma open-book. Gli studenti che frequentano il corso possono dividere la parte relativa all’elaborato attraverso lo svolgimento di due prove parziali da effettuare in itinere.

Assessment

Oral exam

Programma del Corso

Il corso è suddiviso in 3 parti: teoria dei semiconduttori, dispositivi a giunzione, transistore MOSFET. Nella prima parte vengono approfonditamente studiate le proprietà dei semiconduttori: bande di energia e proprietà statistiche, tecnologia e drogaggio, concetti di equilibrio e di quasi-equilibrio, comportamento con la temperatura, trasporto per deriva e mobilità, trasporto per diffusione, meccanismi di generazione-ricombinazione, modello deriva-diffusione, caratterizzazione elettrica. Nella seconda parte viene studiata la giunzione PN (elettrostatica, teoria di Shockley, effetti capacitivi, resistenze serie e breakdown, tecnologia), la giunzione metallo-semiconduttore (elettrostatica e principali meccanismi di conduzione), e il transistor bipolare (elettrostatica, modello di Ebers-Moll, caratteristiche di uscita, effetto Early, guadagno di corrente reale, breakdown, tecnologia, modello di ampio e piccolo segnale). Nella terza parte viene studiata la struttura Metallo-Isolante-Semiconduttore (elettrostatica, regioni di funzionamento, caratteristica CV, sistemi MIS reali, cariche nell’isolante, tensione di banda piatta, meccanismi di conduzione, breakdown) e il transistore MOSFET (principio di funzionamento, correnti ION/IOFF, controllo del canale, modelli corrente-tensione square-law e bulk, mobilità efficace, dipendenza dalla temperatura, effetto body, effetti capacitivi e modello di Meyer, correnti di leakage, caratterizzazione elettrica).

Course Syllabus

General theory on semiconductors; pn junction diode; metal-semincoductor diode; bipolar transistor; long and short channel MOSFET; scaling and future devices; MOS semiconductor memories