Fisica dei dispositivi elettronici

A.A. 2021/2022
6
Crediti massimi
42
Ore totali
SSD
FIS/03
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti competenze sulla fisica di base dei dispositivi elettronici tenendo conto dalle proprietà fondamentali dei semiconduttori. Partendo dai principi di funzionamento delle giunzioni a semiconduttore (giunzione p-n, giunzione metallo semiconduttore, giunzione metallo ossido semiconduttore) si arriverà a comprendere il funzionamento dei principali dispositivi di logica e di memoria presenti nei circuiti integrati. Il corso si propone inoltre di fornire una panoramica delle tecnologie abilitanti che hanno permesso la realizzazione e progressiva miniaturizzazione dei dispositivi elettronici e di introdurre nuove tipologie di dispositivi basati su concetti alternativi di computazione.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente al termine del corso avrà sviluppato competenze relative a:

1. proprietà elettriche ed elettroniche di un materiale semiconduttore e relativa struttura a bande.
2. analisi elettrostatica e del trasporto di carica in giunzioni p-n, giunzione metallo-semiconduttore e giunzione MOS.
3. principi fisici alla base del funzionamento dei dispositivi elettronici elementari: transistore bipolare, MOSFET, memorie volatili (DRAM, SRAM) e non volatili (Flash, FRAM, MRAM, PCM).
4. semplici modelli che descrivano il comportamento dei dispositivi microelettronici e limiti di validità.
5. tecnologia planare del silicio utilizzata nella realizzazione di prodotti CMOS d'avanguardia.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
Il corso si propone di spiegare nel dettaglio i concetti fisici che stanno alla base dei dispostivi dell'elettronica
analogica e digitale sulla base delle proprietà fondamentali dei materiali che li costituisco. Il corso è articolato in quattro moduli fondamentali:
· Concetti base di fisica dei semiconduttori in vista della loro applicazione in dispositivi microelettronici: struttura a bande, densità di carica e trasporto di carica in semiconduttori all'equilibrio termico e fuori equilibrio.
· Giunzione utilizzate come elementi fondamentali per la realizzazione dei dispositivi microelettronici: giunzione p-n, giunzione metallo semiconduttore, giunzione metallo ossido semiconduttore
· Dispositivi Microelettronici: funzionamento dei più comuni dispositivi di logica (BJT, JFET, MESFET e MOSFET) e di memoria (Memorie Flash), limiti alla miniaturizzazione dei dispositiviti e concetti innovativi relativi a nuovi dispositivi o metodologie di computazione
· Tecnologia dei semiconduttori: crescita dei cristalli, ossidazione del silicio, drogaggio dei semiconduttori, deposizione di film sottili, processi litografici.
Prerequisiti
1. conoscenze di base di struttura della materia
2. conoscenze di base relative al trasporto di carica (campi elettrici e correnti, leggi di Ohm, concetto di resistenza e impedenza )
Metodi didattici
Il metodo didattico adottato prevede in ogni incontro una spiegazione cattedratica che punta ad approfondire i concetti di fisica fondamentale che stanno alla base dei dispositivi microelettronici a semiconduttore. Si richiede partecipazione attiva degli studenti per la risoluzione di semplici quesiti legati alla applicazione dei concetti introdotti durante le lezioni.
Materiale di riferimento
Ng Sze, "Semiconductor Devices: Physics and technology (3rd edition)
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste nella preparazione e presentazione di una relazione relativa a uno degli argomenti avanzati trattati nel corso e di un colloquio. Il colloquio verte in parte sui punti discussi nella relazione e in parte sul programma. Ogni studente dovrà preparare la propria relazione individualmente. Nell'esame si valuteranno sia le competenze acquisite sia le capacità critiche nella discussione di problemi anche nuovi.
FIS/03 - FISICA DELLA MATERIA - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
Docente: Perego Michele
Docente/i
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