Scheda programma d'esame
Materials and Devices for Nanoscale Electronics
MASSIMO MACUCCI
Academic year2023/24
CourseMATERIALS AND NANOTECHNOLOGY
Code827II
Credits6
PeriodSemester 2
LanguageEnglish

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
MATERIALS AND DEVICES FOR NANOSCALE ELECTRONICSING-INF/01LEZIONI48
MASSIMO MACUCCI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

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.

Knowledge

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.

 

Modalità di verifica delle conoscenze

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:

  • Esame orale
Assessment criteria of knowledge

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

Capacità

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.

Skills

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.

Modalità di verifica delle capacità

Attraverso le domande nell'esame orale.

Assessment criteria of skills

Through the questions during the oral exam.

Comportamenti

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.

Behaviors

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.

Modalità di verifica dei comportamenti

Una verifica sara` condotta durante l'esame.

Assessment criteria of behaviors

An assessment will be performed during the exam.

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Conoscenza del funzionamento dei dispositivi elettronici di base, fondamenti di meccanica quantistica, chimica di base.

Prerequisites

Knowledge of the operation of basic electron devices, elementary quantum mechanics, basic chemistry.

Indicazioni metodologiche

Tutte le lezioni sono in Inglese

Tipo di insegnamento: lezioni frontali 

Metodi di apprendimento:

  • presenza alle lezioni
  • partecipazione alle discussioni
  • studio individuale

Frequenza: raccomandata

Forme di insegnamento:

  • lezioni
  • apprendimento sulla base di obiettivi/apprendimento sulla base di problemi/apprendimento sulla base di indagini.
Teaching methods

All lectures are in English

Delivery: face to face

Learning activities:

  • attending lectures
  • participation in discussions
  • individual study

Attendance: Advised

Teaching methods:

  • Lectures
  • Task-based learning/problem-based learning/inquiry-based learning
Programma (contenuti dell'insegnamento)

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.

Syllabus

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.

Bibliografia e materiale didattico

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).

Bibliography

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).

Indicazioni per non frequentanti

Tutte le lezioni (registrazioni audio/video e file pdf di quanto scritto durante la lezione) sono disponibili sul sito web, ricevimenti con il docente possono essere fissati per e-mail o per telefono.

Non-attending students info

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.

Modalità d'esame

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.

Assessment methods

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.

Updated: 22/08/2023 17:10