programma del Corso
Transcript
programma del Corso
Elettronica dello Stato Solido PROGRAMMA Ultima modifica: gennaio 2007 Modifiche rispetto ai programmi precedenti: • Tolte dal programma le dispense su Statistiche Quantiche e Densità degli stati (date per acquisite da corsi precedenti) • Aggiunta tecnologia dei dispositivi (Cap. 8-12 Sze) Il programma del Corso di Elettronica dello Stato Solido (ESS) si inserisce tra quello di Elementi di Struttura della Materia (ESM) e quello di Dispositivi Elettronici (DEL). In particolare, descrivendo i cristalli come strutture periodiche nello spazio 3D, ed introducendo gli strumenti matematici adeguati, quali le serie di Fourier multidimensionali, scopre dapprima la analogia tra Teorema di Bloch e Diffrazione di Bragg, e poi esamina la struttura a bande dei solidi reali. Importando dal corso precedente di ESM in questa trattazione i concetti di elettrone di Bloch e di lacuna, e richiamando i risultati fondamentali sulle Statistiche Quantiche, il corso introduce ed esamina le proprietà elettrostatiche dei cristalli semiconduttori intrinseci, il ruolo delle impurezze ionizzate quali centri-trappola oppure quali donori/accettori, la definizione peculiare del Livello di Fermi nei semiconduttori. La teoria delle giunzioni all’equilibrio porta ai primi elementi di architettura dei dispositivi elettronici. Gli stati di non-equilibrio in materiali semiconduttori estrinseci omogenei porta, attraverso lo studio dei fenomeni di diffusione, trascinamento, generazione e ricombinazione, alla Equazione di Continuità, ad alcune sue applicazioni di base, ed allo studio dei casi estremi della teoria svolta, soprattutto in casi di campi alti e/o di riduzioni di scala delle strutture. L’insieme delle descrizioni teoriche viene quindi concretizzato nella descrizione dei processi tecnologici che consentono la realizzazione pratica di dispositivi microelettronici, a partire dalla crescita dei cristalli, passando per i fenomeni di ossidazione del silicio e di deposizione di film sottili conduttori o dielettrici, al drogaggio per diffusione o impiantazione, fino alle tecniche di litografia e attacco chimico. Alcune sequenze di processo, per la realizzazione di dispositivi elementari (giunzioni pn, transistors bipolari, strutture MOS) completano questo blocco dedicato alla tecnologia della microelettronica. A valle del corso di Elettronica dello Stato Solido si innesta naturalmente il corso di Dispositivi Elettronici (ed i corsi da questo derivati), che prosegue nell’utilizzo del medesimo testo, e medesime notazioni. A più lungo raggio, il corso di Laurea Specialistica in Optoelettronica e Fotonica è esso stesso una ripresa della prima parte del corso di ESS, dal quale di dirama, usandone tutto il bagaglio teorico, verso la dinamica peculiare dei semiconduttori a gap diretto, e completando la tecnologia dei dispositivi fotonica a partire dagli elementi di tecnologia esposti in ESS. Materiale didattico. Dispense disponibili in rete Statistiche Quantiche Densità degli Stati Dispersione Esercizio Onde 2D Fourier CRISTALLI Reticolo Silicio Origami del Silicio BRAGG BLOCH BANDE ELETTRONI E LACUNE GIUNZIONI Dal libro: Complemento fuori programma (riprende materiale di ESM) Complemento fuori programma (riprende materiale di ESM) Complementi su propagazione onde in più dimensioni Complemento matematico. Teoria 3D di serie, trasformate, delta di Dirac. Classificazione, reticolo reciproco, indici di Miller Complemento alla Dispensa CRISTALLI. Visualizzazione nello spazio 3D. Diffrazione, zone di Brillouin Rilettura in termini di Diffrazione di Bragg Estensione ai cristalli reali. Dipendenza dalla direzione. Definizioni, proprietà, massa efficace, densità all’equilibrio Andamento delle bande in omogiunzioni, eterogiunzioni, contatti Shottky, strutture MOS all’equilibrio Simon M.Sze: DISPOSITIVI A SEMICONDUTTORE, Hoepli, Milano Capitolo 1. I primi 6 paragrafi riassumono, molto sinteticamente, la teoria svolta nelle dispense. Solo da leggere. L'ultimo paragrafo (§1.7, Donatori e Accettatori) è invece fondamentale. Capitolo 2. (Fenomeni di Trasporto dei portatori) Tutto, completamente. Capitoli 3-7. No. Vengono trattati nel corso di Dispositivi Elettronici. Capitolo 8. (Crescita del Cristallo e Epitassia) Qualitativo, ma senza saltare paragrafi. Si possono omettere le formule matematiche. E' bene leggere almeno una volta le formule chimiche, e osservare tutti i disegni e i grafici. E' bene notare le temperature in gioco Capitolo 9. Paragrafo 9.1 (Ossidazione) Paragrafo 9.2 (Deposizione dielettrica) Paragrafo 9.3 (Deposizione di Silicio Policristallino) Paragrafo 9.4 (Metallizzazione) da fare bene, completamente. Qualitativo, come nel cap.8. Idem Idem Capitolo 10 Paragrafo 10.1 (Fondamenti di Teoria della Diffusione) Paragrafo 10.2 (Diffusione estrinseca) Paragrafo 10.3 (Processi legati alla diffusione) Paragrafo 10.4 (Impiantazione) Paragrafo 10.5 (Annealing) Paragrafo 10.6 (Processi collegati all'impiantazione) da fare bene, completamente Qualitativo, come nel cap.8. da fare bene, omettendo formule Qualitativo, come nel cap.8. Idem Solo da leggere Capitolo 11 Qualitativo, come nel cap.8. Capitolo 12 Solo da leggere, facendo attenzione alla sequenza dei passi nei processi descritti.