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From micro to nanosystems: nanoelectronics and optoelectronics
01NPLPE
A.A. 2024/25
Course Language
Inglese
Degree programme(s)
Master of science-level of the Bologna process in Nanotechnologies For Icts (Nanotecnologie Per Le Ict) - Torino/Grenoble/Losanna
Course structure
| Teaching | Hours |
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Lecturers
| Teacher | Status | SSD | h.Les | h.Ex | h.Lab | h.Tut | Years teaching |
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Co-lectures
Context
| SSD | CFU | Activities | Area context | ING-INF/01 | 6 | B - Caratterizzanti | Ingegneria elettronica |
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The course is taught in English.
Questo insegnamento, collocato al primo semestre del secondo anno della Laurea Magistrale in Nanotechnologies for ICTs (percorso internazionale), intende fornire informazioni per il progetto e la simulazione di micro e nanosistemi, per la comprensione di nano dispositivi optoelettronici e di dispositivi nanoelettronici.
Il corso è suddiviso in tre parti. Nella prima parte, gli studenti raggiungono le competenze teorico-sperimentali per progettare e simulare miro e nanosistemi. Nella seconda parte vengono introdotti gli strumenti per la comprensione dei dispositivi optoelettronici micro e nanostrutturati. Nella terza parte sono affrontate le problematiche relative ai limiti della tecnologia microelettronica ed è delineata l¿evoluzione tecnologica nella nanoelettronica.
The course is taught in English.
Aim of the course (1st semester, 2nd year) of the International LM in Nanotechnologies for ICT is to provide specialized theoretical know how for operational design and simulation of micro and nanosystems, for understanding optoelectronic nanodevices and nanoelecronic devices.
The course is divided in three segments. In the first part, the theoretical and experimental techniques for the operational simulation and design of micro an nanosystems. In the second part, the student Will get updated overview of optoelectronics and of nanotechnology-based optoelectronic devices. The third part will focus on comprehension of ultimate limitations of microelectronic devices (physical and technological) and to learn the new technological evolutions in nanoelectronics and their motivations.
- Conoscenza delle tecniche per il progetto e simulazione di micro e nanosistemi.
- Conoscenza del funzionamento di dispositivi optoelettronici micro e nanostrutturati.
- Conoscenza dei limiti della tecnologia microelettronica e dell¿evoluzione nanoelettronica.
- Capacità di applicare le conoscenze acquisite per il progetto e la simulazione di micro e nanosistemi.
- Capacità di realizzare dispositivi optoelettronici nano strutturati e dispositivi nanoelettronici.
- Knowledge of techniques for design and simulation of micro and nanosystems.
- Knowledge of operative principles of optoelectronic micro and nanostructured devices.
- Knowledge of limits in microelectronic technology and evolution to nanoelectronics.
- Ability to apply know-how to design and simulate micro and nanosystems.
- Ability to realize nanostructured optoelectronic devices and nanoelectronic devices.
- Fisica di base (meccanica, termodinamica, elettromagnetismo, ottica ondulatoria, elementi di struttura della materia)
- Elementi di meccanica quantistica e meccanica statistica.
- Elementi di elettronica e microelettronica.
- Elementi di dispositivi elettronici.
- Elementi di fisica della materia e di micro- e nanotecnologie
- Elementi di tecnologie MEMS e NEMS
- Elementary physics (mechanics, thermodynamics, wave optics, elements of structure of matter)
- Elements of quantum mechanics and statistical mechanics
- Elements of electronics and microelectronics.
- Elements of electronic devices
- Elements of physics of matter and of micro and nanotechnologies
- Elements of MEMS and NEMS technologies
Modelli fisici per micro e nanosstemi (2 cr.)
Modellizzazione di dispositivi e sistemi
Interazioni alla scala micro e nanometrica
Le basi matematiche del modeling, metodi Monte Carlo, metodi agli elementi finiti
Una overview sulla optoelettronica e sui dispositivi optoelettronici basati sulle nanotecnologie (2 cr.)
Nanoelettronica (2 cr.)
I limiti della tecnologia CMOS
Dispositivi sub-micrometrici
Architetture innovative
Dispositivi nnometrici e quantistici
Circuiti ibridi SET-FET
Tecnologie a base di nanotubi
Spintronica
Physical models for micro and nano systems (2 ECTS)
Modeling of devices and systems
Micro and nanoscopic interactions
Mathematics for modeling, Monte Carlo modeling, finite elements.
Overview of optoelectronics and of nanotechnology-based optoelectronic devices (2 ECTS)
Nanoelectronics (2 ECTS)
Ultimate CMOS technologies and their showstoppers
Phenomena specific to deep submicron devices: non-stationary phenomena (velocity overshoot), ballistic transport, quantum effects, atomic scale parameter fluctuation (fluctuation of number of dopants, interface roughness).
Innovative device architectures (Double-gate MOS transistor ¿DGMOS, dynamic threshold MOS transistor ¿ DTMOS, gate-all-around transistor ¿ GAA, vertical MOS transistors)
Nano-scale and quantum devices: Single Electron Transistor (SET), quantum wires, few-electron memories, etc.
Hybrid SET-FET circuits
Charge-based circuit architectures: quantum dot cellular automata (QCA)
Carbon Nanotubes: technology, devices and circuits
Spintronics
Le esercitazioni in aula riguardano la risoluzione di semplici problemi, con applicazioni di quanto trattato nelle lezioni immediatamente precedenti. Può essere richiesto in taluni casi l¿uso di calcolatrici scientifiche (personali, di ciascuno studente).
Class exercises include simple problem solving activities, with strict connections to theoretical lectures. In some cases scientific calculators (students¿ personal property) may be required.
Materiale messo a disposizione dai Docenti
I testi saranno comunicati a lezione dal docente titolare dell¿insegnamento
Material distributed by teachers
Actual texts will be stated by the teacher.
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L¿esame finale comprende uno scritto per ogni parte del corso. Lo scritto comprende a) problemi simbolici o numerici relativi agli argomenti principali del corso; b) quesiti a risposta multipla sui medesimi argomenti; c) domande aperte di teoria.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
The exam involves a written proof. The written proof includes: a) simple problems (either symbolic or numeric) referring to the main subjects of the course; b) multiple-answer questions on the same subjects; c) open theoretical questions.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.