DISPOSITIVI ELETTRONICI

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 nei solidi
Materiali semiconduttori, cristalli, indici di Miller. Legami atomici. Imperfezioni e impurità.

2. Tecnologia planare
Crescita del cristallo. Ossidazione termica. Diffusione termica. Impiantazione ionica. Formazione di film sottili. Litografia ed attacco. Processi bipolare e CMOS.

3. Introduzione alla meccanica quantistica
Principi fondamentali. L'equazione di Schrödinger. Applicazioni dell'equazione di Schrödinger. L'atomo di idrogeno.

4. I solidi e la meccanica quantistica
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. Semiconduttori in equilibrio
Concentrazione dei portatori di carica. Atomi droganti e livelli energetici. Semiconduttori estrinseci. Statistica dei donori e degli accettori. Neutralità di carica. Livello di Fermi.

6. Fenomeni di trasporto
Deriva dei portatori. Mobilità, resistività e conducibilità. Diffusione di portatori. Relazione di Einstein. Effetto Hall.

7. Semiconduttori in non-equilibrio
Processi di generazione e ricombinazione. Generazione/ricombinazione diretta. Fenomeni di iniezione di portatori. Eccesso di portatori. Equazione di continuità. Trasporto ambipolare. Rilassamento dielettrico. Esperimento di Haynes-Shockley. Quasi-livelli di Fermi. Teoria della ricombinazione SHR. Tempi di vita dei portatori. Ricombinazione Auger.

8. Giunzione pn
Condizioni di equilibrio. Regione di carica spaziale, campo elettrico, potenziale. Polarizzazione inversa. Capacità di giunzione. Giunzioni non uniformi. Giunzioni iperbrusche.

9. Diodo a giunzione
Caratteristica I-V. Diodo a base lunga e a base corta. Ammettenza di piccolo segnale. Effetti di generazione e ricombinazione. Fenomeni di rottura della giunzione.

10. Giunzioni metallo-semiconduttore
Barriera Schottky. Caratteristica I-V. Corrente di deriva/diffusione ed emissione termoionica. Contatti Ohmici. Barriera tunnel.

11. Transistore bipolare
Regioni di funzionamento. Distribuzione dei portatori minoritari. Guadagno di corrente di base-comune. Efficienza di emettitore, fattore di trasporto in base e fattore di ricombinazione. Effetti di secondo ordine. Modello di Ebers-Moll. Modello di Gummel-Poon. Modello Ibrido-Pi. Limitazioni in frequenza.

12. Condensatore MOS
Regioni di funzionamento. Accumulazione, svuotamento, debole e forte inversione. Tensione di banda piatta. Tensione di soglia. Distribuzioni di carica. Caratteristica C-V.

13. Transistore MOS
Regioni di funzionamento. Caratteristica I-V. Tecnologie CMOS. Effetti di secondo ordine.

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 e 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.