Obiettivi formativi
Fornire agli studenti una dettagliata conoscenza della fisica del funzionamento dei principali dispositivi al silicio.
Prerequisiti
Conoscenze di base sui dispositivi elettronici e sull'elettromagnetismo.
Contenuti dell'insegnamento
CENNI DI FISICA DEI SEMICONDUTTORI. SEMICONDUTTORI ALL’EQUILIBRIO. LEGGE DELL’AZIONE DI MASSA. STATISTICHE DI FERMI-DIRAC E DI MAXWELL-BOLTZMANN. DENSITÀ DI STATI. LIVELLO DI FERMI E LIVELLO DI FERMI INTRINSECO. PSEDOLIVELLI DI FERMI. PORTATORI LIBERI NEI SEMICONDUTTORI. MOBILITÀ. VELOCITÀ DI SATURAZIONE. CORRENTE DI DIFFUSIONE. CORRENTE E PSEUDOLIVELLI DI FERMI. CONTATTI METALLO-SEMICONDUTTORE. GIUNZIONE METALLO-SEMICONDUTTORE ALL’EQUILIBRIO. IMAGE-FORCE BARRIER LOWERING. CARATTERISTICHE I-V DELLE GIUNZIONI M-S. CONTATTI OHMICI. EFFETTI DI SUPERFICIE. GIUNZIONE PN. DISTRIBUZIONI NON UNIFORMI DI DROGAGGIO. GIUNZIONE P-N ALL’EQUILIBRIO. LUNGHEZZA DI DEBYE. POLARIZZAZIONE INVERSA. CAPACITÀ DI UNA GIUNZIONE IN INVERSA. BREAKDOWN A VALANGA ED EFFETTO ZENER. EQUAZIONI DI CONTINUITÀ. GENERAZIONI E RICOMBINAZIONI SHOCKLEY-HALL-READ. RICOMBINAZIONI AUGER E SUPERFICIALI. CARATTERISTICA I-V DEL DIODO P-N. DIODI A BASE LUNGA E DIODI A BASE CORTA. DISCUSSIONE DELLE APPROSSIMAZIONI DI BASSE INIEZIONI E DI QUASI-EQUILIBRIO. CORRENTI NELLA ZONA DI CARICA SPAZIALE. CORRENTI DI GENERAZIONE-RICOMBINAZIONE IN POLARIZZAZIONE DIRETTA E INVERSA. TRANSITORI DI COMMUTAZIONE. CAPACITÀ DI DIFFUSIONE. TRANSISTORE BIPOLARE A GIUNZIONE (BJT). ZONA ATTIVA DIRETTA. FATTORE DI TRASPORTO IN BASE. EFFICIENZA DI EMETTITORE. COMMUTAZIONE DEI BJT. MODELLO DI EBERS-MOLL. EFFETTO EARLY. BJT INTEGRATI. EFFETTI DELLE BASSE INIEZIONI. ALTE INIEZIONI: EFFETTO KIRK, RESISTENZA DI BASE. TEMPO DI TRANSITO IN BASE. MODELLO A CONTROLLO DI CARICA. LIMITAZIONI IN FREQUENZA: FT E FMAX. TRANSISTORI PNP DI SUBSTRATO E LATERALI. TRANSISTORE MOS (MOSFET). SISTEMI MOS IDEALI. STRUTTURA DELLE BANDE. ACCUMULAZIONE, SVUOTAMENTO, INVERSIONE, FORTE INVERSIONE. TENSIONE DI SOGLIA ED EFFETTO BODY. CARATTERISTICA C-V DEL SISTEMA MOS IDEALE. SISTEMI MOS NON IDEALI. CARICHE NELL’OSSIDO E ALL’INTERFACCIA. MOSFET. EFFETTO BODY. EFFETTO DELLA CARICA DI BULK. AGGIUSTAMENTO DELLA TENSIONE DI SOGLIA. CORRENTE SOTTO-SOGLIA. EFFETTI DI CANALE CORTO E DI CANALE STRETTO. SOURCE/DRAIN CHARGE SHARING. DRAIN-INDUCED BARRIER LOWERING. SUB-SURFACE PUNCH-TRHOUGH. RIDUZIONE DELLA MOBILITÀ. SATURAZIONE DELLA VELOCITÀ. CORRENTE DI DRAIN NEI MOSFET A CANALE CORTO. EFFETTO DELLO SCALING SUI MOSFET A CANALE CORTO. CAMPI ELETTRICI NELLA REGIONE DI VELOCITÀ SATURATA: MODELLO QUASI-2D. EFFETTI DEI PORTATORI CALDI: CORRENTE DI SUBSTRATO E CORRENTE DI GATE
Programma esteso
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Bibliografia
R. S. Muller, T. I. Kamins, "Device electronics for integrated circuits", 3rd ed. John Wiley & Sons, 2003.
Metodi didattici
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Modalità verifica apprendimento
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Altre informazioni
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