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PORTALE DELLA DIDATTICA

High speed electron devices

01NNLOQ

A.A. 2018/19

Course Language

English

Course degree

Master of science-level of the Bologna process in Electronic Engineering - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 45
Esercitazioni in aula 15
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Bonani Fabrizio Professore Ordinario ING-INF/01 45 0 0 0 10
Teaching assistant
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Context
SSD CFU Activities Area context
ING-INF/01 6 F - Altre (art. 10, comma 1, lettera f) Abilità informatiche e telematiche
2018/19
L'insegnamento, tenuto in lingua inglese, è obbligatorio in alternativa ad Optoelettronica per gli studenti del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica, ed ha l’obiettivo di completare la formazione di base dello studente nel settore dei dispositivi a semiconduttore, presentando i dispositivi avanzati dedicati alla elettronica veloce e alla optoelettronica. L’insegnamento affronta in particolare lo studio dei dispositivi elettronici a effetto di campo per applicazioni ad alta frequenza, quali il MESFET e i diversi dispositivi a semiconduttore basati sulle eterostrutture, quali gli HFET, gli HEMT e i transistori bipolari HBT. L'insegnamento comprende infine una introduzione all'optolettronica e ai dispositivi optoelettronici, quali i dispositivi per la rivelazione e la modulazione elettro-ottica, e una breve descrizione dei dispositivi a semiconduttore di potenza. Le competenze acquisite nell’insegnamento di High Speed Electron Devices saranno applicate, a livello sia teorico sia sperimentale, in molti insegnamenti successivi di elettronica, principalmente analogica.
The course, taught in English, is mandatory as an alternative to Optoelettronica for the MSc-level program in Electronic Engineering. The course goal is to complete the student knowledge in the field of semiconductor devices with the topics related to advanced electron devices for high-speed and optoelectronics applications. Field effect transistors for high frequency applications will be presented, with particular reference to the MESFET and the various electron devices based on heterostructures, such as the HFET, the HEMT and the bipolar HBT transistor. The course includes an introductory overview of optoelectronics and optoelectronic devices, such as photodetectors and electo-optic modulators, and a brief description of power semiconductor devices. Competences acquired in the High Speed Electron Devices course will be applied, both at the theoretical and experimental levels, in several following Electronics course, in particular for analogue applications.
- Conoscenza delle problematiche relative ai dispositivi per l'elettronica delle alte frequenze e dell'optoelettronica - Conoscenza delle soluzioni tecnologiche avanzate per la costruzione di dispositivi per applicazioni veloci e optoelettroniche - Conoscenza del funzionamento dei dispositivi ad alta frequenza e relativi modelli descrittivi - Conoscenza di base del funzionamento di alcuni dispositivi optoelettronici (fotodiodi e modulatori elettro-ottici) - Conoscenza di base delle peculiarità dei principali dispositivi per l’elettronica di potenza - Capacità di utilizzare modelli matematici su base fisica per la analisi e il progetto di dispositivi elettronici veloci (MESFET, HEMT, HBT) - Capacità di utilizzare modelli circuitali equivalenti di ampio e di piccolo segnale per dispositivi elettronici veloci (MESFET, HEMT, HBT)
- Knowledge of the basic issues related to the high speed and optoelectronic devices - Knowledge of the advanced technologies for high speed electron and optoeletronic devices - Knowledge of high speed electron devices operation along with their descriptive models - Basic knowledge of the operation of selected optoelectronic devices (photodiodes and electro-optic modulators) - Basic knowledge of the specific features of the main semiconductor devices for power applications - Capability to exploit physics-based mathematical models for the analysis and the design of high frequency electron devices (MESFETs, HEMTs, HBTs) - Capability to exploit small-signal equivalent circuit models of high frequency electron devices (MESFETs, HEMTs, HBTs)
L’insegnamento presuppone una buona conoscenza dei concetti di base della fisica dello stato solido, e dei meccanismi descrittivi la conduzione elettrica nei materiali semiconduttori. Si assume anche una buona conoscenza del funzionamento dei dispositivi a semiconduttore più semplici (giunzione pn, transistore bipolare a omostruttura, MOSFET).
The course assumes a good knowledge of solid state physics basics, and of the description of electrical conduction in semiconductors. Knowledge of the working principles of traditional semiconductor devices (pn junction, bipolar junction transistor, MOSFET) is also taken for granted.
Argomenti trattati nelle lezioni: -- Richiami di teoria dei semiconduttori (0.5 cr) - La giunzione metallo-semiconduttore e il transistore MESFET (1.5 cr) - Le eterostrutture: tecnologia e struttura a bande (0.5 cr) - FET a eterostruttura: HFET, HEMT (1.5 cr) - transistori bipolari ad eterostruttura HBT (1 cr) - Dispositivi per l'optoelettronica e l’elettronica di potenza (1 cr)
- Review of semiconductor theory (0.5 cr) - Metal-semiconductor junction and MESFET transistor (1.5 cr) - Heterostructures: technology and band diagram (0.5 cr) - Heterostructure FET: HFET, HEMT (1.5 cr) - Heterostructure bipolar transistor HBT (1 cr) - Optoelectronic and power electronics devices (1 cr)
Il corso consiste di lezioni teoriche e di esercitazioni in aula. Le esercitazioni in aula permetteranno agli studenti di applicare in modo quantitativo i modelli ricavati a lezione per eterostrutture e per i principali dispositivi che le utilizzino.
Theoretical lectures and practice classes are used in the course. Practice classes will allow the students to quantitatively apply the equations derived in class on semiconductor heterostructures and for the main heterostructure devices.
Le lezioni e le esercitazioni faranno ricorso a slide, precedentemente rese disponibili allo studente, proiettate con il sistema di videoproiezione e appuntate in forma elettronica. Tutto il materiale prodotto in aula verrà trasformato in file pdf e reso disponibile sul portale della didattica. I libri di testo consigliati sono: G. Ghione Semiconductor Device for High-Speed Optoelectronics, Cambridge University Press (2009); S.M. Sze, K.K. Ng, Physics of semiconductor devices, Wiley (2007); G. Ghione Dispositivi per la Microelettronica, McGraw Hill (1998).
Lectures will exploit slides made available in advance to the student and projected in class with the projection system. All the produced material will be made available on the course website as pdf files. Exercises are discussed and solved in room. Homework exercises are also provided in .pdf format for self-learning and preparation of the final exam. Suggested references are: G. Ghione Semiconductor Device for High-Speed Optoelectronics, Cambridge University Press (2009); S.M. Sze, K.K. Ng, Physics of semiconductor devices, Wiley (2007); G. Ghione Dispositivi per la Microelettronica, McGraw Hill (1998).
Modalità di esame: prova scritta; prova orale facoltativa;
L’esame è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel Programma dell’insegnamento e la capacità di applicare tali conoscenze alla soluzione di esercizi. L'esame consta di una prova scritta e di una prova orale facoltativa, alla quale lo studente può accedere se il voto dello scritto è maggiore o uguale a 18/30. Il voto finale viene determinato tenendo conto sia della prova scritta che della prova orale. -Prova scritta (peso 0.85): è costituita da una domanda a risposta aperta, un esercizio numerico e un insieme di circa 5 domande a risposta chiusa. Le principali equazioni studiate sono rese disponibili allo studente tramite un 'formulario'’; -Prova orale (peso 0.15): per accedere all’orale i candidati devono riportare una votazione dello scritto maggiore o uguale a 18/30. L’orale è rivolto ad accertare una adeguata conoscenza della teoria discussa nel corso e potrà includere la discussione dello scritto. Gli argomenti di teoria oggetto della prova orale sono elencati nel Programma dell’insegnamento. Di norma la parte orale dell’esame va sostenuta nell’appello in cui si è superato lo scritto.
Exam: written test; optional oral exam;
The goal of the examination is to verify the knowledge of the topics listed in the Contents section and the capability to apply them to exercise solution. The exam is made of a 2 hour written test and of a voluntary oral examination. Access to the oral examination requires a grade for the written examination at least equal to 18/30. The final grade is obtained combining both the written and oral part partial grades. -Written test (weight 0.85): consists of an open theoretical question, of a numerical exercise, and of a set of about 5 closed answer questions. The value of the three parts is approximately the same. The main equations introduced during the lectures and made available to the student through a “list of formulae”; -Oral test (weight 0.15): to gain access to the oral test the students must have obtained an evaluation of the written test at least equal to 18/30. The oral examination is devoted to the assessment of a proper knowledge of the theory discussed during the lectures and will possibly include the discussion of the written test. The theoretical topics that may be discussed during the oral test are listed in the Contents section. Normally the oral test has to be taken right after the results of the written test are provided.


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