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Dispositivi elettronici


Denominazione del corso: Dispositivi elettronici
Corso di studi: I4E - Laurea magistrale in Ingegneria Elettronica
Quadrimestre/Semestre:
Anno:
Numero di moduli: 1
Crediti: 9
Ore: 90
Tipologia: -
Struttura: integrato fittizio
Settore Scientifico Disciplinare: - ()

Docente: Luca Lozzi (30 ore). Titolo copertura: cattedra (prof. associato)
Orario di ricevimento: Martedý 11-12 Mercoledý 17-18

Docente: Vincenzo Stornelli (60 ore). Titolo copertura: cattedra (prof. associato)
Orario di ricevimento: Martedý dalle 14:00 alle 15:00


Programma sintetico del corso:

Cristallografia, teoria del trasporto elettronico e fononico, tecniche di stato solido, fisica dei semiconduttori, giunzioni tra semiconduttori, principali dispositivi elettronici a stato solido.

Programma esteso del corso:

Link Programma completo (PDF)    (Aggiornato il 16-09-2017)

Cenni di atomistica alla base della struttura della materia. Classificazione dei solidi. Cristalli perfetti e reticolo di Bravais, i reticoli cubici e cenni sugli altri reticolo tridimensionali. Struttura cristallina dei semiconduttori gruppo IV e III-V. Il reticolo reciproco, la I zona di Brillouin. Fononi da un punto di vista classico, la relazione di dispersione, influenza dei fononi sul trasporto di carica e calore, limiti del modello classico. Cenni di statistica classica, Il modello classico dell'elettrone secondo Drude e Lorentz, limiti del modello Statistica quantistica: bosoni e fermioni, applicazione della meccanica quantistica ai fononi, condizioni al contorno, il modello di Sommerfield per gli elettroni, rivisitazione delle proprietÓ di trasporto nei conduttori dal punto di vista della meccanica quantistica, la struttura a bande: metalli, semiconduttori ed isolanti, superficie di Fermi, massa efficace, dinamica degli elettroni in meccanica quantistica. Fisica dei semiconduttori, semiconduttori reali, modello semplificato, occupazione degli stati, buche ed elettroni, semiconduttori drogati, misura del drogaggio, trasporto nei semiconduttori, misura di caratteristiche dei semiconduttori, giunzione p-n, regione di svuotamento, caratteristica corrente-tensione. Cenno sulle etero strutture. Giunzione metallo semiconduttore. La struttura metallo ossido semiconduttore. Il circuito equivalente del diodo a giunzione p-n (omogiunzione). Modellizzazione delle caratteristiche corrente-tensione e carica-tensione, in condizioni di bassa ed alta iniezione. Comportamento in regime di commutazione. Il modello di SPICE. Il transistor bipolare ad omogiunzione: cariche e correnti in condizioni statiche e dinamiche. Caratteristiche corrente-tensione e carica-tensione. Comportamento in regime di commutazione. I modelli per SPICE. La struttura Metallo-Ossido-Semicoduttore come condensatore. Comportamento a bassa e ad alta frequenza. Il transistor ad effetto di campo del tipo Metallo-Ossido-Semiconduttore. Caratteristiche corrente-tensione e carica-tensione. MOSFET complementari. Scalatura e cenni di nanoelettronica. Il modello di SPICE del MOSFET. Memorie flash: struttura fisica, comportamento e modellizzazione. Eterogiunzioni e semiconduttori compositi. Super-reticoli. Dispositivi elettronici ad eterogiunzione: il transistor bipolare (HBT) ed il transistor ad effetto di campo (HEMT). Diodi ad emissione di luce: giunzioni p-n ed eterogiunzioni. Guadagno ottico. Fotodiodi: struttura e principi di funzionamento. I diodi PIN e APD. Cenni sulle celle solari. Simulazione su base fisica: equazione del trasporto di Boltzmann, modelli ed algoritmi. Accoppiamento con il campo elettromagnetico. Laboratorio: Misura delle caratteristiche del diodo a giunzione p-n (Gummel plot) . Semplici circuiti con diodi LED e fotodiodi .


Testi consigliati:

S.M. Sze, Semiconductor devices: physics and technology, J. Wiley & Sons, 2002

B.G. Streetman, Solid State Electronic Devices, Prentice Hall

H. Ibach-H. Luth, Solid State Physics, Springer

Il testo Ibach-Luth contiene tutti gli argomenti sulla
fisica dello stato solido, illustrata nella 1a parte del
corso. Il testo Streetman contiene sia un'ampia discussione
 sulla fisica dello stato solido che di diversi 
dispositivi. Di entrambi i testi vi sono diverse edizioni,
 alcune disponibili nelle biblioteche dell'Ateneo.


Modalità d'esame:

Prova orale


Risultati di apprendimento previsti:

Conoscenze avanzate sulle proprietÓ dei principali dispositivi a stato solido con un forte approfondimento sulle basi fisiche del loro funzionamento.


Link al materiale didattico:

http://sites.google.com/site/corsipasqualecarelli/,