DISPOSITIVI ELETTRONICI

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

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

La frequenza non è obbligatoria, seppur fortemente consigliata.

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.

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

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

• Ossidazione termica
• Elettrone in buca di potenziale infinita
• Modello di Kronig-Penney
• Semiconduttori estrinseci
• Trasporto ambipolare
• Ricombinazione SHR
• Corrente nel diodo
• Correnti di generazione e ricombinazione
• Effetto transistore
• Effetto Schottky
• Regioni di funzionamento del condensatore MOS

Nota: Le domande sono riportate a titolo di esempio.