Il corso si propone di illustrare le metodologie più avanzate per lo studio, la simulazione e l’analisi dei dispositivi elettronici e optoelettronici a stato solido. Verranno illustrati i meccanismi fisici alla base del funzionamento dei più moderni dispositivi basati su semiconduttori a larga gap, quali GaN, GaAs e AlGaAs, così come quelli più tradizionali fabbricati in Silicio. Inoltre, attraverso opportune leggi di scala, verranno analizzati i limiti intravisti per le tecnologie correnti con l’indicazione delle possibili soluzioni
Curriculum
scheda docente
materiale didattico
Dispositivi bipolari BJT e HBT. Il transistore prototipo. Transistori per IC. Dispositivi per commutazione e amplificazione. Tecnologia. Transistore Schottky. Dispositivi verticali e laterali. BJT pnp. Il BJT come interruttore e amplificatore. Regioni di operazione. Guadagno di corrente. Numero di Gummel. Effetto Early. Effetto Kirk. Modello per piccoli e grandi segnali. Modello a controllo di carica. Equivalenza tra modelli. Polarizzazione. Dinamica. Caratteristiche di ingresso e uscita. Modello in Pspice. Il transistore ideale. HBT-Npn a eterogiunzione. Modello termoionico-Diffusivo. Correnti termoioniche in eccesso. Correnti di diffusione.
Dispositivi unipolari: JFET e MESFET Resistenza del canale. Caratteristica di ingresso: iDS VGS. La corrente di drain, iDS. Transcaratteristica: iDS VDS. Transconduttanza, gm. Conduttanza di canale, gd. Il JFET come amplificatore di segnale. Comportamento dinamico. Modello di piccolo segnale. Comportamento in frequenza e fT.
Strutture Metallo-Ossido-Semiconduttore Il diodo MIS. Capacità del sistema MOS. Analisi all’equilibrio termico. Stati di interfaccia. Carica nell’ossido. Elettronica del MOS. Capacità del diodo. Risposta in frequenza. Dispositivi MOSFET ad arricchimento e a svuotamento. Tensione di soglia. Carica nel semiconduttore. Modello a controllo di carica. Parametri caratteristici. Fenomeni di modulazione del canale. Mosfet con gate flottante. FAMOS. CMOS. Latch-up. Correnti sottosoglia. Effetti geometrici. Hot carriers. Leggi di scala. Modelli in Pspice.
Lucidi proiettati durante il corso
Riferimenti bibliogfrafici proposti per l'approfondimento
Fruizione: 20810064 ELETTRONICA DEI DISPOSITIVI A STATO SOLIDO in Ingegneria elettronica per l'industria e l'innovazione LM-29 CONTE GENNARO
Programma
Contatto Metallo-Semiconduttore. La barriera metallo-semiconduttore. Il diodo Schottky. Funzione lavoro e affinità elettronica. Caratteristica I-V ideale. Contatto Ohmico. Carica di superficie e lunghezza di Debye . Elettrostatica della giunzione M-S. Trasporto nella SCR. Corrente termoionica. Corrente di drift-diffusione. Abbassamento della barriera. Carica nella SCR: valutazione di Nd e bi. Drogaggio non uniforme. Giunzione metallo-n+-nDispositivi bipolari BJT e HBT. Il transistore prototipo. Transistori per IC. Dispositivi per commutazione e amplificazione. Tecnologia. Transistore Schottky. Dispositivi verticali e laterali. BJT pnp. Il BJT come interruttore e amplificatore. Regioni di operazione. Guadagno di corrente. Numero di Gummel. Effetto Early. Effetto Kirk. Modello per piccoli e grandi segnali. Modello a controllo di carica. Equivalenza tra modelli. Polarizzazione. Dinamica. Caratteristiche di ingresso e uscita. Modello in Pspice. Il transistore ideale. HBT-Npn a eterogiunzione. Modello termoionico-Diffusivo. Correnti termoioniche in eccesso. Correnti di diffusione.
Dispositivi unipolari: JFET e MESFET Resistenza del canale. Caratteristica di ingresso: iDS VGS. La corrente di drain, iDS. Transcaratteristica: iDS VDS. Transconduttanza, gm. Conduttanza di canale, gd. Il JFET come amplificatore di segnale. Comportamento dinamico. Modello di piccolo segnale. Comportamento in frequenza e fT.
Strutture Metallo-Ossido-Semiconduttore Il diodo MIS. Capacità del sistema MOS. Analisi all’equilibrio termico. Stati di interfaccia. Carica nell’ossido. Elettronica del MOS. Capacità del diodo. Risposta in frequenza. Dispositivi MOSFET ad arricchimento e a svuotamento. Tensione di soglia. Carica nel semiconduttore. Modello a controllo di carica. Parametri caratteristici. Fenomeni di modulazione del canale. Mosfet con gate flottante. FAMOS. CMOS. Latch-up. Correnti sottosoglia. Effetti geometrici. Hot carriers. Leggi di scala. Modelli in Pspice.
Testi Adottati
S.M. Sze, K. K. Ng - Physics of Semiconductor Devices, 3rd ed., WileyLucidi proiettati durante il corso
Riferimenti bibliogfrafici proposti per l'approfondimento
Modalità Erogazione
Le lezioni si svolgono attraverso la proiezione di lucidi Microsoft PPT con tutto gli argomenti sviluppati durante il corso. Tale materiale risulta essere un valido sussidio per la comprensione degli argomenti, lo studio e la preparazione dell'esame.Modalità Valutazione
L'esame mira a valutare la preparazione del candidato sul programma svolto con semplici esercizi.
scheda docente
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Dispositivi bipolari BJT e HBT. Il transistore prototipo. Transistori per IC. Dispositivi per commutazione e amplificazione. Tecnologia. Transistore Schottky. Dispositivi verticali e laterali. BJT pnp. Il BJT come interruttore e amplificatore. Regioni di operazione. Guadagno di corrente. Numero di Gummel. Effetto Early. Effetto Kirk. Modello per piccoli e grandi segnali. Modello a controllo di carica. Equivalenza tra modelli. Polarizzazione. Dinamica. Caratteristiche di ingresso e uscita. Modello in Pspice. Il transistore ideale. HBT-Npn a eterogiunzione. Modello termoionico-Diffusivo. Correnti termoioniche in eccesso. Correnti di diffusione.
Dispositivi unipolari: JFET e MESFET Resistenza del canale. Caratteristica di ingresso: iDS VGS. La corrente di drain, iDS. Transcaratteristica: iDS VDS. Transconduttanza, gm. Conduttanza di canale, gd. Il JFET come amplificatore di segnale. Comportamento dinamico. Modello di piccolo segnale. Comportamento in frequenza e fT.
Strutture Metallo-Ossido-Semiconduttore Il diodo MIS. Capacità del sistema MOS. Analisi all’equilibrio termico. Stati di interfaccia. Carica nell’ossido. Elettronica del MOS. Capacità del diodo. Risposta in frequenza. Dispositivi MOSFET ad arricchimento e a svuotamento. Tensione di soglia. Carica nel semiconduttore. Modello a controllo di carica. Parametri caratteristici. Fenomeni di modulazione del canale. Mosfet con gate flottante. FAMOS. CMOS. Latch-up. Correnti sottosoglia. Effetti geometrici. Hot carriers. Leggi di scala. Modelli in Pspice.
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Dispositivi unipolari: JFET e MESFET Resistenza del canale. Caratteristica di ingresso: iDS VGS. La corrente di drain, iDS. Transcaratteristica: iDS VDS. Transconduttanza, gm. Conduttanza di canale, gd. Il JFET come amplificatore di segnale. Comportamento dinamico. Modello di piccolo segnale. Comportamento in frequenza e fT.
Strutture Metallo-Ossido-Semiconduttore Il diodo MIS. Capacità del sistema MOS. Analisi all’equilibrio termico. Stati di interfaccia. Carica nell’ossido. Elettronica del MOS. Capacità del diodo. Risposta in frequenza. Dispositivi MOSFET ad arricchimento e a svuotamento. Tensione di soglia. Carica nel semiconduttore. Modello a controllo di carica. Parametri caratteristici. Fenomeni di modulazione del canale. Mosfet con gate flottante. FAMOS. CMOS. Latch-up. Correnti sottosoglia. Effetti geometrici. Hot carriers. Leggi di scala. Modelli in Pspice.
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Strutture Metallo-Ossido-Semiconduttore Il diodo MIS. Capacità del sistema MOS. Analisi all’equilibrio termico. Stati di interfaccia. Carica nell’ossido. Elettronica del MOS. Capacità del diodo. Risposta in frequenza. Dispositivi MOSFET ad arricchimento e a svuotamento. Tensione di soglia. Carica nel semiconduttore. Modello a controllo di carica. Parametri caratteristici. Fenomeni di modulazione del canale. Mosfet con gate flottante. FAMOS. CMOS. Latch-up. Correnti sottosoglia. Effetti geometrici. Hot carriers. Leggi di scala. Modelli in Pspice.
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Dispositivi unipolari: JFET e MESFET Resistenza del canale. Caratteristica di ingresso: iDS VGS. La corrente di drain, iDS. Transcaratteristica: iDS VDS. Transconduttanza, gm. Conduttanza di canale, gd. Il JFET come amplificatore di segnale. Comportamento dinamico. Modello di piccolo segnale. Comportamento in frequenza e fT.
Strutture Metallo-Ossido-Semiconduttore Il diodo MIS. Capacità del sistema MOS. Analisi all’equilibrio termico. Stati di interfaccia. Carica nell’ossido. Elettronica del MOS. Capacità del diodo. Risposta in frequenza. Dispositivi MOSFET ad arricchimento e a svuotamento. Tensione di soglia. Carica nel semiconduttore. Modello a controllo di carica. Parametri caratteristici. Fenomeni di modulazione del canale. Mosfet con gate flottante. FAMOS. CMOS. Latch-up. Correnti sottosoglia. Effetti geometrici. Hot carriers. Leggi di scala. Modelli in Pspice.
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Dispositivi unipolari: JFET e MESFET Resistenza del canale. Caratteristica di ingresso: iDS VGS. La corrente di drain, iDS. Transcaratteristica: iDS VDS. Transconduttanza, gm. Conduttanza di canale, gd. Il JFET come amplificatore di segnale. Comportamento dinamico. Modello di piccolo segnale. Comportamento in frequenza e fT.
Strutture Metallo-Ossido-Semiconduttore Il diodo MIS. Capacità del sistema MOS. Analisi all’equilibrio termico. Stati di interfaccia. Carica nell’ossido. Elettronica del MOS. Capacità del diodo. Risposta in frequenza. Dispositivi MOSFET ad arricchimento e a svuotamento. Tensione di soglia. Carica nel semiconduttore. Modello a controllo di carica. Parametri caratteristici. Fenomeni di modulazione del canale. Mosfet con gate flottante. FAMOS. CMOS. Latch-up. Correnti sottosoglia. Effetti geometrici. Hot carriers. Leggi di scala. Modelli in Pspice.
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Dispositivi unipolari: JFET e MESFET Resistenza del canale. Caratteristica di ingresso: iDS VGS. La corrente di drain, iDS. Transcaratteristica: iDS VDS. Transconduttanza, gm. Conduttanza di canale, gd. Il JFET come amplificatore di segnale. Comportamento dinamico. Modello di piccolo segnale. Comportamento in frequenza e fT.
Strutture Metallo-Ossido-Semiconduttore Il diodo MIS. Capacità del sistema MOS. Analisi all’equilibrio termico. Stati di interfaccia. Carica nell’ossido. Elettronica del MOS. Capacità del diodo. Risposta in frequenza. Dispositivi MOSFET ad arricchimento e a svuotamento. Tensione di soglia. Carica nel semiconduttore. Modello a controllo di carica. Parametri caratteristici. Fenomeni di modulazione del canale. Mosfet con gate flottante. FAMOS. CMOS. Latch-up. Correnti sottosoglia. Effetti geometrici. Hot carriers. Leggi di scala. Modelli in Pspice.
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Dispositivi bipolari BJT e HBT. Il transistore prototipo. Transistori per IC. Dispositivi per commutazione e amplificazione. Tecnologia. Transistore Schottky. Dispositivi verticali e laterali. BJT pnp. Il BJT come interruttore e amplificatore. Regioni di operazione. Guadagno di corrente. Numero di Gummel. Effetto Early. Effetto Kirk. Modello per piccoli e grandi segnali. Modello a controllo di carica. Equivalenza tra modelli. Polarizzazione. Dinamica. Caratteristiche di ingresso e uscita. Modello in Pspice. Il transistore ideale. HBT-Npn a eterogiunzione. Modello termoionico-Diffusivo. Correnti termoioniche in eccesso. Correnti di diffusione.
Dispositivi unipolari: JFET e MESFET Resistenza del canale. Caratteristica di ingresso: iDS VGS. La corrente di drain, iDS. Transcaratteristica: iDS VDS. Transconduttanza, gm. Conduttanza di canale, gd. Il JFET come amplificatore di segnale. Comportamento dinamico. Modello di piccolo segnale. Comportamento in frequenza e fT.
Strutture Metallo-Ossido-Semiconduttore Il diodo MIS. Capacità del sistema MOS. Analisi all’equilibrio termico. Stati di interfaccia. Carica nell’ossido. Elettronica del MOS. Capacità del diodo. Risposta in frequenza. Dispositivi MOSFET ad arricchimento e a svuotamento. Tensione di soglia. Carica nel semiconduttore. Modello a controllo di carica. Parametri caratteristici. Fenomeni di modulazione del canale. Mosfet con gate flottante. FAMOS. CMOS. Latch-up. Correnti sottosoglia. Effetti geometrici. Hot carriers. Leggi di scala. Modelli in Pspice.
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Contatto Metallo-Semiconduttore. La barriera metallo-semiconduttore. Il diodo Schottky. Funzione lavoro e affinità elettronica. Caratteristica I-V ideale. Contatto Ohmico. Carica di superficie e lunghezza di Debye . Elettrostatica della giunzione M-S. Trasporto nella SCR. Corrente termoionica. Corrente di drift-diffusione. Abbassamento della barriera. Carica nella SCR: valutazione di Nd e bi. Drogaggio non uniforme. Giunzione metallo-n+-nDispositivi bipolari BJT e HBT. Il transistore prototipo. Transistori per IC. Dispositivi per commutazione e amplificazione. Tecnologia. Transistore Schottky. Dispositivi verticali e laterali. BJT pnp. Il BJT come interruttore e amplificatore. Regioni di operazione. Guadagno di corrente. Numero di Gummel. Effetto Early. Effetto Kirk. Modello per piccoli e grandi segnali. Modello a controllo di carica. Equivalenza tra modelli. Polarizzazione. Dinamica. Caratteristiche di ingresso e uscita. Modello in Pspice. Il transistore ideale. HBT-Npn a eterogiunzione. Modello termoionico-Diffusivo. Correnti termoioniche in eccesso. Correnti di diffusione.
Dispositivi unipolari: JFET e MESFET Resistenza del canale. Caratteristica di ingresso: iDS VGS. La corrente di drain, iDS. Transcaratteristica: iDS VDS. Transconduttanza, gm. Conduttanza di canale, gd. Il JFET come amplificatore di segnale. Comportamento dinamico. Modello di piccolo segnale. Comportamento in frequenza e fT.
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