“Fisica dei dispositivi elettronici”

Facoltà di Ingegneria - Laurea in Ingegneria Elettronica
Corso “Fisica dei dispositivi elettronici” - a.a. 2010/2011
MODULO di DISPOSITIVI ELETTRONICI
Patto d’aula
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Informazioni generali
1. Titolo: “Dispositivi Elettronici”
2. Codice: 70/0033-M
3. Ore/crediti: 40 ore/4CFU
4. Settore scientifico-disciplinare: ING-INF/01 “Elettronica”
5. Docente: prof. Annalisa Bonfiglio (email: [email protected], tel. 5764)
6. Collaboratore di cattedra: dott. Giorgio Mattana (Tutor)
Informazioni sulle lezioni
1. Orario: martedì ore 8-11 ; mercoledì ore 14-16 ; giovedì ore 14-16 ; venerdì ore 14-16
2. Aula: B0 (piano terra, padiglione B, Dip.to Ing. Elettrica ed Elettronica, via Is Maglias)
3. Inizio lezioni: mercoledi 27 aprile 2011
Prerequisiti di apprendimento
1. Propedeuticità consigliate: Matematica I e II ; Fisica Generale I e II ; Chimica; modulo di Fisica dei
Semiconduttori
2. Prerequisiti di base: comprensione del linguaggio scritto e parlato; capacità di ragionamento formale
3. Prerequisiti disciplinari: fondamenti del calcolo infinitesimale, della fisica classica e della struttura
atomica; nozioni di fisica dei semiconduttori
Obiettivi
1. Professionalizzanti: comprensione dei principi fisici di funzionamento dei dispositivi microelettronici
2. Disciplinari: modelli di comportamento fisico dei dispositivi a semiconduttore e loro applicazione alla
determinazione delle loro caratteristiche elettriche
Presentazione generale del modulo
1. Dispositivi a 2 terminali: giunzioni pn e contatti metallo-semiconduttore (circa 24 ore)
2. Transistori bipolari (circa 8 ore)
3. Transistori a effetto di campo: JFET, MOSFET (circa 8 ore).
Programma dettagliato del modulo
• Giunzione p-n: struttura della giunzione; fenomenologia della giunzione; Applicazione delle
equazioni di Poisson e di continuita' alla giunzione: deduzione della caratteristica statica CorrenteTensione nel caso ideale. La giunzione in inversa: fenomeni di breakdown. Discussione delle ipotesi
di idealita', deduzione del comportamento della giunzione nei casi reali: fenomeni di generazionericombinazione, alto livello di iniezione, resistenza serie.
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Giunzione metallo-semiconduttore: Teoria di Schottky-Mott per i contatti metallo-semiconduttore.
Caratteristiche corrente-tensione. Differenze rispetto alla giunzione p-n. Teoria di Bardeen-Mead.
Effetti di interfaccia - classificazione delle interfacce. Deviazioni dall'idealità. Contatti ohmici.
Transistore Bipolare: il concetto di transistor come dispositivo attivo; il concetto di amplificazione.
Struttura di un transistor bipolare. Effetto transistor. Deduzione delle correnti di giunzione a partire
dalle caratteristiche statiche della giunzione p-n. Le configurazioni dei transistor bipolari. Dalle
equazioni di giunzione alle caratteristiche statiche ideali in base comune e in emettitore comune.
Breakdown delle giunzioni: effetti sulle caratteristiche statiche. Effetti di non idealita' delle giunzioni
sulle caratteristiche statiche. Effetti di non idealita' dei BJT - Effetto Early.
Struttura MOS: deduzione delle proprietà; il MOS come capacitore
Transistor a effetto di campo: Il concetto di "Effetto di campo". Il transistor JFET: caratteristiche
corrente-tensione. Il transistor MOSFET: caratteristiche corrente-tensione. Tipi di MOSFET.
Tensione di soglia e modificazione della tensione di soglia. Effetti di riduzione delle dimensioni
fisiche del dispositivo sulle caratteristiche elettriche.
Testi consigliati
In aggiunta alle Slide del corso (disponibili online):
R.S. Muller, T.I. Kamins, Dispositivi elettronici nei circuiti integrati - Bollati Boringhieri, 1996
S.M. Sze, Dispositivi a semiconduttore, comportamento fisico e tecnologia - Hoepli,
G. Ghione, Dispositivi per la microelettronica - McGraw-Hill, 1998
Autori Vari, Modular Series on Solid State Devices, voll. II, III, IV - Addison-Wesley Publ. Comp.,
1989
Valutazione in ingresso ed in itinere
1. Un test di auto-valutazione delle conoscenze di ingresso di fisica classica e di fisica dei
semiconduttori
Esame finale
1. Premessa: questo modulo costituisce solo parte del corso integrato “Fisica dei Dispositivi
Elettronici”. Pertanto, affinchè l’esame completo possa essere registrato, è necessario che lo
Studente abbia superato sia la prova prevista per questo modulo, sia quella prevista per il modulo di
“Fisica dei Semiconduttori” (Docente: prof. Luciano Colombo).
2. Relativamente al presente modulo “Dispositivi Elettronici”, le modalità di svolgimento della prova
finale sono qui di seguito spiegate.
3. Prova scritta obbligatoria, da sostenere negli appelli previsti nella sessione estiva. Se superata
con voto almeno pari a 15, questa prova sarà valida per tutti gli appelli della sessione estiva.
Prova orale obbligatoria: da sostenersi entro la conclusione della sessione estiva
(orientativamente entro il 15 luglio 2011) in data da concordarsi con la docente.
4. Al termine delle prove, se lo studente avra’ sostenuto con esito positivo anche la prova relativa al
modulo di Fisica dei Semiconduttori (non necessariamente prima di quella del modulo di Dispositivi
Elettronici), potra’ registrare il voto derivante dalla media pesata delle due prove.
5. Per gli appelli delle sessioni autunnali e invernali, la prova orale dovra’ necessariamente seguire la
prova scritta nell’ambito dello stesso appello d’esame (che comprendera’ anche la prova del
modulo di Fisica dei Semiconduttori). Se il risultato sara’ positivo, verra’ registrato il voto derivante
dalla media pesata delle prove relative ai due moduli del corso.