Obiettivi Formativi

Il corso si propone di fornire i concetti di base per la comprensione del funzionamento dei principali dispositivi micro-optoelettronici utilizzati nelle applicazioni elettroniche. In particolare saranno trattati i seguenti argomenti: • Dispositivi microelettronici: a giunzione pn, transistor (BJT, FET, MOSFET) • Proprietà optoelettroniche dei semiconduttori Apparecchi optoelettronici: guide d'onda, diodi emettitori di luce, dispositivi ad emissione stimolata, fotorilevatori e sensori d'immagine, dispositivi fotovoltaici Dispositivi ottici non lineari

Learning Goals

The course aims to provide the basic concepts for understanding the operation of the main micro-optoelectronic devices used in electronic applications. Specifically the following topics will be covered: Microelectronic devices: pn-junction, transistors (BJT, FET, MOSFET) Optoelectronic properties of semiconductors Optoelectronic devices: waveguides, light emitting diodes, stimulated emission devices, photodetectors and image sensors, photovoltaic devices Nonlinear optical devices

Metodi didattici

Il corso viene svolto attraverso lezioni ed frontali in aula. Sono previste esercitazioni guidate in aula ed in laboratorio per stimolare l’approccio ai problemi con autonomia e senso critico.

Teaching Methods

The course takes place through classroom lectures. In order to promote the approach to problem solving with autonomy and a critical thinking, there are also exercises in classroom and laboratory experiments, both with teacher support.

Prerequisiti

Conoscenze sugli argomenti trattati nel primo anno del corso di laurea.

Prerequisites

Knowledge of the topic covered in the modules of the first year.

Verifiche dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova orale sugli argomenti trattati durante il corso e nella valutazione di una relazione, redatta a casa, sugli esperimenti svolti in laboratorio durante il corso. Lo scopo è di verificare il livello di conoscenza e di comprensione dei contenuti del corso e di valutare l'autonomia di giudizio, la capacità di apprendimento,l'abilità comunicativa e proprietà di linguaggio scientifico per valutare le facoltà logico-deduttive acquisite dallo studente.

Assessment

The exam consists of an oral test on the topics covered during the course and the evaluation of a report, prepared at home, on the laboratory experiments already carried out. The purpose is to verify the level of knowledge and understanding of the course contents and to evaluate the autonomy of judgment, the learning ability, the communicative ability and properties of scientific language in order to evaluate the logical-deductive faculties acquired by the student.

Programma del Corso

Proprietà fisiche dei materiali semiconduttori: proprietà strutturali - struttura a bande elettroniche - trasporto elettrico - proprietà ottiche. Dispositivi a diodo: dispositivi unipolari e bipolari - struttura e funzionamento – caratteristiche tensione-corrente – diodi speciali (varactor, varistore, Zener) – diodi ad eterogiunzione. Dispositivi a transistor: Transistor bipolare BJT – struttura e funzionamento – modello Ebers-Moll – caratteristiche tensione-corrente – transistor bipolare ad eterogiunzione HBT – caratteristiche statiche ed a microonde - transistor ad effetto campo FET – dispositivi a giunzione JFET, MESFET – dispositivi MOSFET – dispositivi a eterogiunzione – transitor a film sottile. Optoelettronica: Rivelatori di radiazione fotovoltaici e fotoconduttori – fotodiodi – celle solari – processi radiativi – diodi LED – Laser a semiconduttori – propagazione guidata di radiazione mediante fibre ottiche – Amplificatori ottici a semiconduttore. Esperimenti di laboratorio su: Caratteristiche elettriche di dispositivi a giunzione unipolari e bipolari – Misure optoelettroniche con sorgenti LED e diodi laser, fotodiodi e sistemi a fibra ottica.

Course Syllabus

Semiconductor materials physical properties: structural properties – electronic bands structure – transport properties – optical properties. Diode devices: unipolar and bipolar devices – structure and working modes – voltage-current characteristics – special diodes (varactor, varistor, Zener) – hetero-junction diodes. Transistor devices: Bipolar junction transistor BJT – structure and working modes – Ebers-Moll model – voltage-current characteristics – heterojunction bipola transistor HBT – static and microwave characteristics – field effect transistor FET – junction devices JFET, MESFET – MOSFET devices – heterojunctions devices – thin film transistor. Optoelectronics: photovoltaic and photoconducting radiation detectors – photodiodes – solar cells – radiative processes – LED – semiconductor lasers – waveguide propagation in optical fibers – semiconductor optical amplifiers. Laboratory experiments: Elactrical characterization of uni- and bi-polar junction devices – Optoelectronic measurements with LED and laser diode sources, photodiodes and optical fiber systems.