Fisica dei dispositivi elettronici - a.a. 2009/2010
Primo modulo - Docente: prof. L. Colombo
Secondo modulo - Docente: prof.sa A. Bonfiglio
Titolo: Fisica dei semiconduttori (50 ore)
Struttura cristallina:
il legame cristallino, reticolo diretto e reciproco; difetti
strutturali; semiconduttori amorfi.
Elementi di meccanica quantistica:
equazione di Schroedinger; funzione d’onda ed
interpretazione probabilistica; spin elettrone; elettrone in
potenziale periodico; il problema dell’allineamento del
poteziale elettrostatico; buca, gradino e barriera di
potenziale; la legge di distribuzione di Fermi-Dirac.
La struttura elettronica dei semiconduttori:
elettroni in potenziale periodico; bande permesse e gap
proibita; modello a bande; eccitazione termica ed ottica di
elettroni; densita' elettronica.
Semiconduttori intrinseci e drogati:
tecniche di drogaggio; struttura elettronica di semiconduttori
droganti n e p; elettroni e buche.
Trasporto di carica nei semiconduttori:
conduzione elettrica; mobilita' dei portatori e sua dipendenza
dalla temperatura e dalla concentrazione di impurezze;
correnti di diffusione; equazioni per la densita' di corrente;
caratterizzazione elettrica di semiconduttori.
Statistica dei portatori di carica:
densita' dei portatori di carica; legge di azione di massa;
semiconduttori compensati e degeneri.
Semiconduttori fuori equilibrio termico:
iniezione di portatori; equazioni di continuita'; processi di
generazione ericombinazione
Testo consigliato:
M. Guzzi "Principi di fisica dei semiconduttori"
(Ulrico Hoepli Editore, Milano, 2004)
Titolo: Dispositivi Elettronici (40 ore)
Giunzione p-n:
struttura e fenomenologia della giunzione; Applicazione
delle equazioni di Poisson e di continuita' alla giunzione:
deduzione della caratteristica statica Corrente-Tensione 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 generazione-ricombinazione, alto livello di iniezione,
resistenza serie.
Giunzione metallo-semiconduttore:
Teoria di Schottky-Mott per i contatti metallosemiconduttore.
Caratteristiche
corrente-tensione.
Differenze rispetto alla giunzione p-n. Teoria di BardeenMead. 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.
Testo consigliato:
S.M. Sze "Dispositivi a semiconduttore"
(Ulrico Heopli Editore, Milano, 1991)
R.S. Muller, T.I. Kamins, “Dispositivi elettronici nei
circuiti integrati”, Bollati Boringhieri
G. Ghione, “Dispositivi per la microelettronica”,
McGraw-Hill (Addison-Wesley Modular Series on Solid
State Devices)
Modalita' d'esame (attenzione: il voto finale sara' comunque unico per i due moduli)
Appelli estivi (giugno-luglio)
• modulo "Fisica dei semiconduttori": pre-esame scritto da sostenere al termine del periodo di insegnamento del modulo e
valido limitatamente ai tre appelli estivi. Alternativamente: una prova orale da sostenere negli appelli regolari.
• modulo "Dispositivi elettronici": esame scritto+orale
• Il voto finale sara' la media dei voti conseguiti per ciascun modulo, purche' singolarmente maggiori o al piu' uguali a 18/30
Appelli autunnali (settembre) ed invernali (gennaio-febbraio)
• prova unica per i due moduli: esame scritto (sulla sola parte "Dispositivi elettronici") ed esame orale (sulle parti "Fisica
dei Semiconduttori" e "Dispositivi elettronici").
