ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| MATERIALS AND DEVICES FOR NANOSCALE ELECTRONICS | ING-INF/01 | LEZIONI | 48 |
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Lo studente che completa il corso con successo avra` una comprensione generale del ruolo dei materiali nell'elettronica in scala nanomentrica e del processo di riduzione dimensionale dei dispositivi CMOS, oltre che di alcune delle principali tecnologie "beyond CMOS" che sono state proposte (compresi i dispositivi basati sulla Coulomb blockade, sul grafene, ecc.). Sviluppera` inoltre la capacita` di valutare il comportamento elettrico di nanostrutture in base al formalismo di Landauer-Buettiker e di dare una prima valutazione di una tecnologia proposta o della validita` di un nuovo materiale.
The student who successfully completes the course will have a general understanding of the role played by materials in nanoscale electronics and of the scaling process of CMOS devices, as well as of some of the main "beyond CMOS" technologies that have been proposed (including devices based on Coulomb Blockade, graphene, etc.). He/she will acquire the ability to evaluate the electrical behavior of nanostructures within the Landauer-Buettiker formalism and to make a first assessment of a proposed technology or of the validity of a new material system.
Durante l'esame orale lo studente deve essere in grado di dimostrare la propria conoscenza del materiale del corso e la sua capacita` di applicarlo alla valutazione e selezione di materiali per applicazioni nell'ambito della nanoelettronica.
Metodi:
During the oral exam the student must be able to demonstrate his/her knowledge of the course material and his/her capability to apply it to the evaluation and selection of materials for nanoscale electronics applications.
Methods:
Final oral exam
Conoscenza delle proprieta` dei principali materiali utilizzati per i dispositivi nanoelettronici, comprensione del processo di riduzione dimensionale dei dispositivi CMOS, capacita` di implementare i principali aspetti della simulazione del trasporto in un nanodispositivo.
Knowledge of the properties of the main materials used for nanoelectronic devices, understanding of the scaling process of CMOS devices, capability to set up the main components for the simulation of transport in a nanodevice.
Attraverso le domande nell'esame orale.
Through the questions during the oral exam.
Lo studente sviluppera` la capacita` di giudicare come le proprieta` dei materiali possono essere sfruttate per la realizzazione di un nuovo dispositivo o nel perfezionamento di un dispositivo esistente.
The student will develop an ability to establish how material properties can be exploited to implement a new device or to improve the performance of an existing device.
Una verifica sara` condotta durante l'esame.
An assessment will be performed during the exam.
Conoscenza del funzionamento dei dispositivi elettronici di base, fondamenti di meccanica quantistica, chimica di base.
Knowledge of the operation of basic electron devices, elementary quantum mechanics, basic chemistry.
Tutte le lezioni sono in Inglese
Tipo di insegnamento: lezioni frontali
Metodi di apprendimento:
Frequenza: raccomandata
Forme di insegnamento:
All lectures are in English
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Advised
Teaching methods:
Il corso include un'approfondita analisi del processo di riduzione dimensionale dei dispositivi CMOS (sia quello a campo costante sia quello generalizzato); un'analisi delle principali non idealita`, come gli effetti di elettroni caldi, il DIBL (drain induced barrier lowering), la distribuzione casuale dei droganti, le limitazioni alla pendenza sotto soglia e alla velocita` di propagazione dei segnali;ruolo dei nuovi materiali e delle nuove geometrie nelle recenti ultime generazioni di dispositivi; calcolo della conduttanza attraverso un dispositivo balistico; il concetto di Coulomb blockade e la sua applicazione al transistore a singolo elettrone; le eterostrutture basate su semiconduttori composti e il loro utilizzo per gli HEMT (high electron mobility transistor), per i dispositivi a effetto quantistico e per i rivelatori di carica non invasivi. Un ulteriore insieme di argomenti viene scelto in base alle preferenze espresse dagli studenti: scelte tipiche somo l'elettronica basata sul carbonio, il quantum computing, l'elettronica molecolare, i processi tecnologici per la fabbricazione di nanodispositivi.
The course includes an in-depth discussion of the scaling of CMOS devices (both constant-field and generalized scaling); an analysis of the main nonidealities, such as hot-electron effects, drain induced barrier lowering (DIBL), random distribution of dopants, limitations in the subthreshold slope and in the speed of propagation of signals, role of new materials and geometries in the new generations of devices; computation of conductance through a ballistic device; the concept of Coulomb blockade and its application to single-electron transistors; heterostructures based on compound semiconductors and their usage for HEMTs (high electron mobility transistors), quantum devices, and non-invasive charge detectors. A further set of topics is chosen according to the preferences expressed by the students, and typical selections are carbon electronics, quantum computing, molecular electronics, technological processes for the fabrication of nanodevices.
Non c'e` un libro di testo ufficiale. Le registrazioni audio e le foto di tutte le lavagne sono disponibili sul sito del corso. Le letture suggerite includono i seguenti testi: Yuan Taur, Tak H. Ning, "Fundamentals of Modern VLSI Devices" (Cambridge University Press, 2009). Willam H. Press, Saul A. Teukolsky, William T. Vetterling, Brian P. Flannery, "Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing" (Cambridge University Press, 1992).
There is no official textbook. Audio recordings of the lectures and the photos of all blackboard writings are available on the course web site. Suggested reading includes the following books: Yuan Taur, Tak H. Ning, "Fundamentals of Modern VLSI Devices" (Cambridge University Press, 2009). Willam H. Press, Saul A. Teukolsky, William T. Vetterling, Brian P. Flannery, "Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing" (Cambridge University Press, 1992).
Tutte le lezioni (registrazioni audio e foto delle lavagne) sono disponibili sul sito web, ricevimenti con il docente possono essere fissati per e-mail o per telefono.
All lectures (audio recordings and photos of the blackboards) are available on the web site, meetings with the instructor can be arranged by e-mail or by phone.
L'esame e` orale e consiste di tre domande sugli argomenti trattati nel corso. Il voto finale e` la media dei voti ottenuti sulle tre domande. La durata media dell'esame e` di 30 minuti.
There is an oral exam consisting of three questions on the topics covered in the class. The final grade is the average of the grades obtained for the three questions. The average duration of the exam is 30 minutes.
