Il corso e' erogato in lingua Inglese.

L’insegnamento, presente nell’orientamento Dispositivi e tecnologie integrate per l'elettronica e l'optoelettronica, è un’introduzione alle tecniche di simulazione numerica dei materiali e dispositivi a semiconduttore e dei loro processi tecnologici. Il corso discute la derivazione, i limiti e le problematiche d’implementazione dei principali modelli semiclassici per il trasporto elettronico nei semiconduttori (deriva-diffusione, energy balance, idrodinamico), proponendo un confronto con tecniche di simulazione diretta di tipo Monte Carlo. Un’enfasi particolare è posta sulle esercitazioni guidate in laboratorio CAD, che includono l’uso di strumenti commerciali integrati..

• Conoscenza delle principali tecniche per il calcolo della struttura elettronica dei materiali semiconduttori.
• Conoscenza dei modelli semiclassici per la simulazione fisica di dispositivi elettronici derivati dall’equazione del trasporto di Boltzmann, dei loro differenti domini d’applicazione, e delle principali tecniche numeriche necessarie alla loro implementazione.
• Conoscenza delle tecniche Monte Carlo per la simulazione del trasporto di carica in materiali semiconduttori.
• Conoscenza di un programma di simulazione di processo tecnologico.
• Capacità di usare programmi commerciali di CAD tecnologico per la simulazione fisica e di processo di dispositivi a semiconduttore.
• Capacità di usare codici Monte Carlo per la determinazione dei parametri di trasporto richiesti dai modelli semiclassici per la simulazione fisica di dispositivi.

• Elementi di fisica dello stato solido, principi della conduzione elettrica nei semiconduttori.
• Principi di funzionamento dei principali dispositivi a semiconduttore.
• Fondamenti di calcolo numerico.

• Richiami sulle proprietà cristalline, elettroniche e di trasporto dei materiali semiconduttori e delle loro leghe e eterostrutture.
Introduzione alle tecniche empiriche e ab initio per il calcolo della struttura elettronica dei semiconduttori. Laboratori sulla soluzione numerica dell'equazione di Schrödinger col metodo di Galerkin e sull'implementazione e l'uso di metodi semiempirici per il calcolo della struttura elettronica del silicio (2 CFU)

• Modelli semiclassici per il trasporto di carica nei semiconduttori: dall’equazione del trasporto di Boltzmann (BTE) ai modelli idrodinamico, energy balance, deriva-diffusione. Discussione degli aspetti numerici della simulazione dei dispositivi elettronici con modelli semiclassici basati su equazioni differenziali alle derivate parziali.
Laboratori numerici sulla simulazione di fotorivelatori in Si e di LED in GaN con software commerciali per la simulazione fisica di dispositivi (2.5 CFU)

• Soluzione diretta della BTE con tecniche "alle particelle":
simulazione Monte Carlo del trasporto di elettroni. Laboratori numerici con codici Monte Carlo per la simulazione del trasporto di carica nel GaAs (1.5 CFU)

Esercitazioni guidate in laboratorio CAD con l’uso di codici Monte Carlo per lo studio del trasporto di carica nei semiconduttori e di software commerciale per la simulazione fisica e di processo di dispositivi elettronici.

Il materiale didattico usato durante le lezioni e i laboratori è disponibile attraverso il portale della didattica.
I testi di riferimento sono: M. Lundstrom, Fundamentals of carrier transport, Cambridge University Press, 2000; D. Vasileska, S. M. Goodnick, Computational Electronics, Morgan & Claypool, 2006.

L’esame finale è una prova orale della durata di 30 min circa, che verterà sia sugli argomenti trattati nella parte teorica del corso e nelle esercitazioni di simulazione, sia sulla discussione di un progetto individuale.