DISPOSITIVI ELETTRONICI

ING-INF/01 - 6 CFU - 1° semestre

Docente titolare dell'insegnamento

GIANLUCA GIUSTOLISI


Obiettivi formativi

9Fornire le nozioni di base della fisica dei semiconduttori e la modellistica dei principali dispositivi elettronici (diodi, transistori bipolari e transistori MOS)


Prerequisiti richiesti

Sono richieste le conoscenze di matematica, fisica ed elettronica normalmente fornite in un corso triennale nella classe L-8 "Ingegneria dell'informazione".



Frequenza lezioni

La frequenza non è obbligatoria, seppur fortemente consigliata.



Contenuti del corso

  1. Struttura cristallina e Tecnologia planare
    Materiali semiconduttori, cristalli, indici di Miller. Legami atomici. Imperfezioni e impurità. Crescita del cristallo. Ossidazione termica. Diffusione termica. Impiantazione ionica. Formazione di film sottili. Litografia ed attacco. Processi bipolare e CMOS.
  2. Introduzione alla meccanica quantistica
    L'equazione di Schrödinger. Applicazioni dell'equazione di Schrödinger. L'atomo di idrogeno.
  3. Teoria quantistica dei solidi
    Bande di energia. Modello di Kronig-Penney. Diagramma E-k. Conduzione elettrica. Massa efficace. Concetto di lacuna. Funzione densità degli stati. Statistica di Fermi-Dirac. Energia di Fermi.
  4. Semiconduttori in equilibrio
    Concentrazione dei portatori di carica. Atomi droganti e livelli energetici. Semiconduttori estrinseci. Neutralità di carica. Livello di Fermi.
  5. Fenomeni di trasporto
    Deriva dei portatori. Mobilità, resistività e conducibilità. Diffusione di portatori. Relazione di Einstein.
  6. Portatori in condizioni di non-equilibrio
    Generazione/ricombinazione diretta. Iniezione di portatori. Equazione di continuità. Trasporto ambipolare. Ricombinazione SHR. Tempi di vita. Ricombinazione Auger. Quasi-livelli di Fermi.
  7. Giunzioni pn e metallo-semiconduttore
    Giunzione pn. Condizioni di equilibrio. Caratteristica I-V della giunzione pn. Diodo a base lunga e a basa corta. Modelli statici. Modelli di piccolo segnale. Capacità di giunzione e di diffusione. Correnti di generazione/ricombinazione. Breakdown. Barriera Schottky. Caratteristica I-V. Contatti Ohmici. Barriera tunnel.
  8. Transistore bipolare
    Regioni di funzionamento. Effetto transistore. Modello di Ebers-Moll. Modelli statici e di piccolo segnale. Effetti capacitivi. Effetti di secondo ordine.
  9. Transistore MOS
    Regioni di funzionamento del condensatore MOS. Tensione di banda piatta. Tensione di soglia. Distribuzioni di carica. Regioni di funzionamento del transistore MOS. Caratteristica I-V. Effetti di secondo ordine. Modelli statici e di piccolo segnale.


Testi di riferimento

  1. Donald Neamen, Semiconductor physics and devices: basic principles, McGraw Hill
  2. G. Giustolisi, G. Palumbo, Introduzione ai dispositivi elettronici, Franco Angeli
  3. S. Dimitrijev, Understanding semiconductor devices, Oxford University Press, 2000
  4. R. S. Muller, T. I. Kamins, Device Electronics for Integrated Circuits, John Wiley & Sons, 1986

Altro materiale didattico

La piattaforma studium.unict.it contiene



Programmazione del corso

 *ArgomentiRiferimenti testi
1 Materiali semiconduttori, cristalli, indici di Miller. Legami atomici. Imperfezioni e impurità.
2*Crescita del cristallo. Ossidazione termica. Diffusione termica. Impiantazione ionica. Formazione di film sottili. Litografia ed attacco. Processi bipolare e CMOS.
3 L'equazione di Schrödinger. Applicazioni dell'equazione di Schrödinger. L'atomo di idrogeno.
4 Bande di energia. Modello di Kronig-Penney. Diagramma E-k. Conduzione elettrica. Massa efficace. Concetto di lacuna. Funzione densità degli stati. Statistica di Fermi-Dirac. Energia di Fermi.
5*Concentrazione dei portatori di carica. Atomi droganti e livelli energetici. Semiconduttori estrinseci. Neutralità di carica. Livello di Fermi.
6*Deriva dei portatori. Mobilità, resistività e conducibilità. Diffusione di portatori. Relazione di Einstein.1,2 
7 Generazione/ricombinazione diretta. Iniezione di portatori. Equazione di continuità. Trasporto ambipolare. Ricombinazione SHR. Tempi di vita. Ricombinazione Auger. Quasi-livelli di Fermi. 1,4 
8 Giunzione pn. Condizioni di equilibrio. Caratteristica I-V della giunzione pn. Diodo a base lunga e a basa corta. Modelli statici. Modelli di piccolo segnale. Capacità di giunzione e di diffusione. Correnti di generazione/ricombinazione. Breakdown.1,2 
9 Barriera Schottky. Caratteristica I-V. Contatti Ohmici. Barriera tunnel.
10*Transistore bipolare. Regioni di funzionamento. Effetto transistore. Modello di Ebers-Moll. Modelli statici e di piccolo segnale. Effetti capacitivi. Effetti di secondo ordine.1,2 
11*Regioni di funzionamento del condensatore MOS. Tensione di banda piatta. Tensione di soglia. Distribuzioni di carica. Regioni di funzionamento del transistore MOS. Caratteristica I-V. Effetti di secondo ordine. Modelli statici e di piccolo segnale.1,2 
* Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell'esame.

N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.


Verifica dell'apprendimento


MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

L'esame consiste in una prova scritta, della durata di 2 ore, ed in colloquio orale.


PROVE IN ITINERE

Non sono previste prove in itinere


PROVE DI FINE CORSO

Non sono previste prove di fine corso.


ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

Nota: Le domande sono riportate a titolo di esempio.




Apri in formato Pdf English version