ECTS - University of Pisa
Lo studente che completa il corso con successo avra` una comprensione generale del processo di riduzione dimensionale dei dispositivi CMOS e dei principali problemi che si prevede determineranno il rallentamento e infine l'arresto della legge di Moore, cosi` come di alcune delle principali tecnologie "beyond CMOS" che sono state proposte (con l'inclusione dei dispositivi basati sull'interferenza quantistica, sulla Coulomb blockade, su singole molecole, grafene, ecc.). Lo studente acquisira` la capacita` di svolgere simulazioni numeriche di dispositivi in scala nanometrica con la soluzione dell'equazione di Schroedinger e di Poisson e di effettuare una prima valutazione della realizzabilita` di una tecnologia proposta.
The student who successfully completes the course will have an overall understanding of the scaling process of CMOS devices and of the major roadblocks that expected to determine the slow-down and finally the end of Moore's law, as well as of some of the main "beyond CMOS" technologies that have been proposed (including devices based on quantum interference, Coulomb Blockade, single molecules, graphene, etc.). He/she will acquire the ability to perform numerical simulations of nanoscale devices with the solution of the Schroedinger and the Poisson equations and to make a first evaluation of the feasibility of a proposed technology.
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 al progetto o alla valutazione di dispositivi nanoelettronici.
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 design or evaluation of nanoelectronic devices.
Methods:
Capacita` di valutazione di diversi approcci alla tecnologia dei dispositivi CMOS; capacita` di sviluppare programmi di simulazione del trasportoi in dispositivi in scala nanometrica, utilizzando il formalismo di Landauer-Buettiker; capacita` di analizzare il funzionamento di dispositivi e circuiti basati sulla Coulomb blockade.
Ability to evaluate different approaches to CMOS technology; ability to develop simulation codes for transport in nanoscale devices using the Landauer-Buettiker formalism; ability to analyze the operation of Coulomb blockade devices and circuits.
Attraverso un esame orale sui contenuti del corso.
Through an oral examination on the topics covered in the course.
Lo studente sviluppera` la capacita` di giudicare se un nuovo dispositivo proposto e` in grado di soddisfare i requisiti minimi per applicazioni nell'ambito delle tecnologie dell'informazione.
The student will develop an ability to determine whether a new proposed device can satisfy the minimum requirements for applications in the field of information technologies.
Una verifica sara` condotta durante l'esame.
An assessment will be performed during the exam.
Conoscenza di base del funzionamento dei dispositivi elettronici, fondamenti di teoria dei circuiti, conoscenza di base della meccanica quantistica.
Basic knowledge of the operation of electron devices, fundamentals of circuit theory, basic knowledge of quantum mechanics.
Tipo di insegnamento: lezioni frontali
Metodi di apprendimento:
Frequenza: raccomandata
Forme di insegnamento:
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; i metodi numerici per la risoluzione delle equazioni di Poisson e Schroedinger e per il calcolo della conduttanza attraverso un dispositivo balistico; il concetto di Coulomb blockade e la sua applicazione al transistore a singolo elettrone; le eterostrutture 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; numerical methods for the solution of the Schroedinger and Poisson equations, and for the computation of conductance through a ballistic device; the concept of Coulomb blockade and its application to single-electron transistors; heterostructures and their usage for HEMTs (high electron mobility transistors), quantum devices, and non-invasive charge detectors. Another 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. Alcuni appunti sono disponibili sul sito web 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. Class notes 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 sono disponibili sul sito web, ricevimenti con il docente possono essere fissati per e-mail o per telefono.
All lectures are available on the web site, meetings with the instructor can be arranged by e-mail or by phone.
L'esame consiste in una prova orale articolata su tre domande sugli argomenti trattati nel corso. La durata media dell'esame e` di 30 minuti.
There is an oral exam consisting of three questions on the material covered in the class. The average duration of the exam is 30 minutes.
