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.