PHYSICS OF SEMICONDUCTOR DEVICES

Fisica PHYSICS OF SEMICONDUCTOR DEVICES

0522600041
DIPARTIMENTO DI FISICA "E.R. CAIANIELLO"
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
FISICA
2016/2017

ANNO CORSO 1
ANNO ORDINAMENTO 2014
SECONDO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
540LEZIONE
112ESERCITAZIONE
Obiettivi
L'INSEGNAMENTO HA L'OBIETTIVO DI FORNIRE UNA CONOSCENZA APPROFONDITA DELLA FISICA E DELLA TECNOLOGIA DEI MODERNI DISPOSITIVI ELETTRONICI A SEMICONDUTTORE.

CONOSCENZA E CAPACITA' DI COMPRENSIONE:
L'INSEGNAMENTO APPROFONDISCE LE PROPRIETÀ ELETTRONICHE, OPTOELETTRONICHE E DI TRASPORTO DEI MATERIALI SEMICONDUTTORI; TRATTA IN MANIERA ESTESA IL FUNZIONAMENTO DEI MODERNI DIODI E TRANSISTOR, LA LORO FABBRICAZIONE ED IL LORO UTILIZZO NEI CIRCUITI INTEGRATI. GLI STUDENTI SONO MESSI A CONOSCENZA DELLE SFIDE, SIA A LIVELLO CONCETTUALE CHE TECNOLOGICO, PRESENTATE DALLA CONTINUA MINIATURIZZAZIONE DEI DISPOSITIVI ELETTRONICI E DEI TREND DELLA MODERNA NANOELETTRONICA. VIENE FATTO COSTANTE UTILIZZO DEL MODELLO A BANDE ENERGETICHE PER PREDIRE O SPIEGARE IL COMPORTAMENTO ELETTRICO ED OTTICO DI DIODI SCHOTTKY/ PN E DI TRANSISTOR AD EFFETTO DI CAMPO. NELLA PARTE DI LABORATORIO, VENGONO UTILIZZATE TECNICHE E STRUMENTI ALL'AVANGUARDIA PER ESEGUIRE CARATTERIZZAZIONI ELETTRO-OTTICHE DI DISPOSITIVI.

CAPACITA' DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:
CON QUESTO INSEGNAMENTO LO STUDENTE ACQUISIRÀ CONOSCENZE TEORICHE E PRATICHE UTILI PER SVOLGERE ATTIVITÀ DI RICERCA IN UN LABORATORIO DI MICRO E/O NANOELETTRONICA E PER INTRAPRENDERE ATTIVITÀ LAVORATIVA NELL'INDUSTRIA DEI SEMICONDUTTORI.
LO STUDENTE SARÀ INOLTRE IN GRADO DI CAPIRE LA LETTERATURA SCIENTIFICA SPECIALISTICA.
Prerequisiti
ANALISI MATEMATICA E FISICA GENERALE. UTILE: ELEMENTI DI MECCANICA QUANTISTICA E FISICA DELLO STATO SOLIDO.
Contenuti
1. FISICA E PROPRIETÀ DEI SEMICONDUTTORI:
STRUTTURA CRISTALLINA. BANDE DI ENERGIA E GAP DI ENERGIA. DENSITÀ DEGLI STATI. FUNZIONE DI FERMI. LACUNE ED ELETTRONI. CONCENTRAZIONE DEI PORTATORI DI CARICA ALL’EQUILIBRIO TERMICO. CONCENTRAZIONE DEI PORTATORI A TEMPERATURE ESTREMAMENTE ALTE E BASSE. FENOMENI DI TRASPORTO DEI PORTATORI DI CARICA. MOTO TERMICO. CORRENTE DI DERIVA E DI DIFFUSIONE. MOBILITÀ. RELAZIONE DI EINSTEIN. RICOMBINAZIONE DI LACUNE ED ELETTRONI. GENERAZIONE TERMICA. LIVELLI DI QUASI-EQUILIBRIO E QUASI-FERMI. ETEROGIUNZIONI E NANOSTRUTTURE.

2. TECNOLOGIA DI FABBRICAZIONE DEI DISPOSITIVI:
OSSIDAZIONE. LITOGRAFIA. ETCHING. DROGAGGIO. DIFFUSIONE DEL DROGAGGIO. DEPOSIZIONE DI FILM SOTTILI. INTERCONNESSIONI. PROCESSO DI BACK-END. TEST. ASSEMBLAGGIO E QUALIFICA. FLUSSO DI PROCESSO CMOS. TECNOLOGIA STRAINED-SILICON.

3. GIUNZIONI P-N (CENNI):
REGIONE DI SVUOTAMENTO. CARATTERISTICHE TENSIONE CORRENTE. BREAKDOWN DELLA GIUNZIONE. ETEROGIUNZIONI. APPLICAZIONI A DISPOSITIVI OPTOELETTRONICI: CELLE SOLARI, DIODI EMETTITORI DI LUCE E ILLUMINAZIONE A STATO SOLIDO, LASER A DIODO, FOTORIVELATORI.

4. CONTATTI METALLO-SEMICONDUTTORE:
FORMAZIONE DELLA BARRIERA. PROCESSI DI TRASPORTO DI CORRENTE. TEORIA DELL’EMISSIONE TERMOIONICA. MISURA DELL’ALTEZZA DELLA BARRIERA. STRUTTURE DEI DISPOSITIVI. APPLICAZIONI DEI DIODI SCHOTTKY. TUNNELING QUANTO-MECCANICO. CONTATTI OHMICI.

5. CONDENSATORI MOS (METALLO-OSSIDO-SEMICONDUTTORE):
CONDIZIONE DI BANDA PIATTA. ACCUMULAZIONE E SVUOTAMENTO ALLA SUPERFICIE. TENSIONE DI SOGLIA. INVERSIONE FORTE. CARATTERISTICHE C-V DEL MOS. SPESSORE EFFICACE DELL’OSSIDO. SENSORI D’IMMAGINE CCD E CMOS.

6. TRANSISTOR ED ALTRI DISPOSITIVI MOS:
INTRODUZIONE AL MOSFET. TECNOLOGIA A MOS COMPLEMENTARI (CMOS). MOBILITÀ DI SUPERFICIE E FET AD ELEVATA MOBILITÀ. SISTEMA DI GAS BIDIMENSIONALE (2DEG) DI ELETTRONI. VT DEL MOSFET. BODY-EFFECT E DROGAGGIO RETROGRADO. CARICA DI INVERSIONE NEL MOSFET. MODELLO I-V DI BASE DEL MOSFET. INVERTITORE CMOS. PERFORMANCE AD ALTA FREQUENZA. SRAM. DRAM. DISPOSITIVI DI MEMORIA NON VOLATILE. MEMORIE FLASH.

7. MOSFET NEI CIRCUITI INTEGRATI:
SCALING DELLA TECNOLOGIA E LEGGE DI MOORE. VELOCITÀ E CONSUMO DI POTENZA. CORRENTE SOTTO SOGLIA. VT ROLL-OFF. CORRENTI DI PERDITA NEI MOSFET A CANALE CORTO. MOSFET CON GIUNZIONI POCO PROFONDE E CON SOURCE/DRAIN METALLICO. INGEGNERIA DEL CANALE. MODELLO COMPATTO DEL MOSFET PER LA SIMULAZIONE DEI CIRCUITI. FINFET ED ALTRI TRANSISTOR MULTI-GATE. MOSFET SOI. MOSFET CON GATE-ALL-AROUND. LUNGHEZZA NATURALE. FET AD EFFETTO TUNNEL.

8: LABORATORIO:
MISURA DELLA BARRIERA SCHOTTKY DI GIUNZIONI METALLO-SEMICONDUTTORE. CARATTERIZZAZIONE C-V ED I-V DI MOSFET.
Metodi Didattici
IL CORSO COMPRENDE LEZIONI (3 CFU), ESERCITAZIONI PER L’APPLICAZIONE DI CONCETTI TEORICI E PER ACQUISIRE FAMILIARITÀ CON I VALORI NUMERICI IN GIOCO (1 CFU) ED UNA PARTE DI LABORATORIO (2 CFU).
Verifica dell'apprendimento
ESAME ORALE PER ACCERTARE LA COMPRENSIONE DEGLI ARGOMENTI TEORICI TRATTATI ED UNA RELAZIONE DETTAGLIATA SU UNA DELLE ESPERIENZE DI LABORATORIO.
Testi
D.A. NEAMEN: "SEMICONDUCTOR PHYSICS AND DEVICES", 4TH ED, 2012, MC GRAW HILL.

TESTI DI CONSULTAZIONE ED APPROFONDIMENTO:
S.M. SZE, K.K. NG: "PHYSICS OF SEMICONDUCTOR DEVICES", 3RD ED 2006, WILEY.
C.C. HU: "MODERN SEMICONDUCTOR DEVICES FOR INTEGRATED CIRCUITS", 2009, PEARSON.
G.W. HANSON: "FUNDAMENTALS OF NANOELECTRONICS", 2011, PEARSON.
M. LUNDSTROM: "ESSENTIAL PHYSICS OF NANOSCALE TRANSISTORS", 2015, WORLD SCIENTIFIC.
Y.TAUR, T.H. NING: "MODERN VLSI DEVICES", 2ND ED, 2009 CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS.
D.K. SCHROEDER: "SEMICONDUCTOR MATERIAL AND DEVICE CHARACTERIZATION", 3RD ED, 2008, WILEY.
Altre Informazioni
A RICHIESTA IL CORSO PUÒ INCLUDERE I SEGUENTI ARGOMENTI COMPLEMENTARI:

1. IL NANOTRANSISTOR BALISTICO: L’APPROCCIO DI LANDAUER AL TRASPORTO DEI PORTATORI. MODI. MOSFET BALISTICO. VELOCITÀ DI INIEZIONE BALISTICA.

2. GIUNZIONI TUNNEL E APPLICAZIONE DEL TUNNELING: TUNNELING ATTRAVERSO UNA BARRIERA DI POTENZIALE. PROFILI DELL’ENERGIA POTENZIALE ALLA GIUNZIONE METALLO-ISOLANTE, METALLO-SEMICONDUTTORE, METALLO-ISOLANTE–METALLO. TUNNEL IN UNA BARRIERA DOPPIA E DIODO TUNNEL RISONANTE.

3. QUANTUM DOT, COULOMB BLOCKADE E TRANSISTOR A SINGOLO ELETTRONE (SET). PUNTI, FILI E BUCHE QUANTICHE. LOGICA CON TRANSISTOR A SINGOLO ELETTRONE. TRANSISTOR CON NANOTUBI DI CARBONIO E GRAFENE. FET CON NANOFILI SEMICONDUTTORI E MATERIALI 2D.

INDIRIZZO E-MAIL DEL DOCENTE: DIBANT@SA.INFN.I
  BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2019-03-11]