ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| DISPOSITIVI ELETTRONICI | ING-INF/01 | LEZIONI | 90 |
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Lo studente apprendera' le conoscenze di base dei fenomeni fisici concernenti il trasporto elettrico nei dispositivi per l'elettronica moderna. In particolare, alla fine del corso, lo studente conoscera' le equazioni fisiche fondamentali che descrivono le proprieta' elettriche (corrente e tensione) delle giunzioni pn e dei transistori bipolari e MOS. Lo studente sara' in grado di affrontare le soluzioni analitiche e numeriche delle equazioni che descrivono i fenomeni di trasporto nei semiconduttori. Lo studente acquisira' anche i modelli circuitali di base dei moderni dispositivi a semiconduttore.
The student who successfully completes the course will have an advanced knowledge of the physical phenomena concerning the electrical transport in devices for modern electronics. In particular, at the end of the course the student will have a deep knowledge of the main physical equations that drive the electrical properties (current and voltages )of pn junctions, field effect and bipolar transistors. The student will be able to face analytical and numerical solutions of the main charge carrier transport features in semiconductors. The student will also acquire the basic circuital models for electron devices, to be applied to the solution of electronic circuits containing active components (transistors).
Lo studente dovra' dimostrare di essere in grado di applicare i principi del trasporto elettrico ai dispositivi elettronici. In particolare dovra' dimostrare di saper risolvere le equazioni per tensioni e correnti nelle giunzioni pn, transistori bipolari e MOS.
The student must be able to apply the principles of electrical transport to practical electron devices. In particular, the student must be able to solve the equations for current and voltages in pn junctions, bipolar transistors and field effect MOS transistors.
Methods:
Per affrontare gli argomenti del corso, e' necessario un forte background di matematica di base e di analisi matematica: derivate, integrali, studio di funzioni, equazioni differenziali.
Dati i temi trattati (fisica dei dispositivi elettronici), ai fini della comprensione del corso e' essenzial la conoscenza dei principi fondamentali di fisica, e in particolare di elettricita' e magnetismo.
A strong mathematical background is required for facing the topics of the course: derivative, integrals, solution of differential equations.
Essential is the knowledge of the basic physical principles, and related equations, of electricity and magnetism.
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Advised
Teaching methods:
Introduzione alla Fisica dello Stato Solido.
Conduzione elettrica nei semiconduttori: concentrazione di elettroni e lacune; semiconduttori drogati; corrente di trascinamento; corrente di diffusione; condizione di equilibrio; considerazioni; equazione di continuita'.
Giunzione pn: campo elettrico e potenziale nella giunzione pn; effetto di un potenziale esterno V; eccesso di portatori fuori-equilibrio; correnti nella giunzione pn; cariche e capacita' modello a controllo di carica; polarizzazione inversa.
Il transistore bipolare: modello a controllo di carica; equazioni di Ebers-Moll; caratteristiche ingresso-uscita.
Fenomeni transitori nelle giunzioni pn: equazione di continuita' dipendente dal tempo; transitori nel diodo; transitori nel transistore bipolare.
Il condensatore MOS: principi generali; differenze di potenziale nel condensatore MOS; tensione di soglia; condensatore MOS non ideale; carica nel silicio; curve capacita'-tensione del condensatore MOS.
Il transistore MOS:Source, Drain e tensione di inversione; polarizzazione del transistore MOS; effetto body; capacita' e tempi di risposta di un transistore MOS; MOS a canale ultracorto.
Modelli a grandi segnali del diodo. Raddrizzatore a semplice e a doppia semionda.
Polarizzazione del transistore bipolare e del transistore MOS.
The course, first of all, provides the basic principles of crystalline solids, band structure, donor and acceptor doping, electron and hole concentration. The drift-diffusion and continuity equation for electrons and holes are then introduced. The electrostatic equilibrium and currents in pn junctions is analyzed. Modeling of the diode for circuital representation is then given and simple rectifying circuits are discussed. Physical equations for charge carriers in bipolar junction transistors (BJT) are obtained, and current-voltage characteristics of BJT in different configurations are discussed. The main basic circuits for BJT biasing are illustrated. The course gives a deep insight of the metal-oxide-semiconductor (MOS) capacitor physics. Equations for current and voltages in long and short channel MOS field effect transistors (MOS-FET) are discussed and deeply analyzed.
Testi di base:
Giovanni Pennelli, Fisica dei Dispositivi Elettronici, Pisa University Press.
S.M.Sze, Physics of Semiconductor Devices WILEY.
Per riferimento:
R.S.Muller, T.I.Kamins, Device Electronics for Integrated Circuits J.Wiley and Sons.
B.G.Streetman, Solid State Electronic Devices Prentice-Hall International Editions.
G.Ghione, Dispositivi per la Microelettronica McGraw-Hill.
Fundamental books:
Giovanni Pennelli, Fisica dei Dispositivi Elettronici, Pisa University Press.
S.M.Sze, Physics of Semiconductor Devices WILEY.
For references:
R.S.Muller, T.I.Kamins, Device Electronics for Integrated Circuits J.Wiley and Sons.
B.G.Streetman, Solid State Electronic Devices Prentice-Hall International Editions.
G.Ghione, Dispositivi per la Microelettronica McGraw-Hill.
L'esame prevede una prova scritta e una prova orale.
La prova scritta, della durata di 3 ore, prevede lo svolgimento di 3 esercizi sugli agomenti del corso.
La prova scritta viene valutata con un voto in trentesimi; per accedere alla prova orale e' necessario ottenere un punteggio minimo di 17/30.
La prova orale ha una durata di circa 30 minuti.
Entrambe le prove saranno tenute in conto per la valutazione finale, espressa in trentesimi.
http://www.iet.unipi.it/g.pennelli/dispositivi_materiale-didattico.html
