Il corso e' tenuto in lingua Inglese.. L'insegnamento è obbligatorio per gli studenti dei Corsi di Laurea in Ingegneria Elettronica e in Ingegneria Fisica e costituisce il primo elemento della catena che dalle conoscenze di fisica dello stato solido, condurrà lo studente a comprendere strutture circuitali complesse in ambito analogico e digitale. In particolare le competenze acquisite nell'insegnamento di Dispositivi Elettronici saranno direttamente applicate sia a livello teorico sia sperimentale nel corso di Circuiti Elettronici.

-Conoscenza delle principali proprietà elettroniche dei solidi, con particolare attenzione ai semiconduttori -Conoscenza delle proprietà dei semiconduttori in equilibrio -Conoscenza dei principali parametri di trasporto di elettroni e lacune in un semiconduttore -Capacità di valutare le concentrazioni di carica libera in un semiconduttore in equilibrio e fuori equilibrio -Conoscenza dettagliata delle principali equazioni utilizzate per decrivere il comportamento dei materiali semiconduttori all'equilibrio e fuori equilibrio. -Capacità nell'applicare le opportune semplificazioni e approssimazioni alle equazioni dei semiconduttori nei casi di maggior interesse pratico. -Capacità di definire il diagramma a bande di una struttura a semiconduttore e di derivarne in modo qualitativo il comportamento elettrico sia all'equilibrio che fuori equilibrio. -Capacità di prevedere la distribuzione di carica nella giunzione metallo-semiconduttore. -Capacità di prevedere il comportamento elettrico (rettificante o ohmico) di una giunzione metallo-semiconduttore in base ai materiali utilizzati per la sua realizzazione. -Capacità di prevedere la distribuzione di carica nella giunzione p-n con profili di drogaggio sia uniformi sia variabili. -Capacità di correlare il comportamento fuori equilibrio di un diodo a giunzione con i principali meccanismi di trasporto di carica nella giunzione: polarizzazione diretta, inversa e rottura. -Capacità di costruire i modelli di ampio e piccolo segnale di un diodo a giunzione e di correlarli con il comportamento sperimentale -Conoscenza dei principi di funzionamento dei transistori bipolari BJT e delle equazioni che ne determinano il comportamento statico e capacità di correlarle con le caratteristiche statiche. -Capacità di costruire i modelli di ampio e piccolo segnale di un BJT e di correlarli con il comportamento sperimentale. -Conoscenza dei principi di funzionamento dei transistori a effetto di campo FET. -Conoscenza dettagliata dei sistemi MOS in termini di distribuzione di carica nelle diverse regioni di funzionamento: svuotamento, debole e forte inversione e accumulo -Conoscenza del comportamento statico di MOSFET a canale lungo e dei principali effetti che si presentano con lunghezze di canale ridotte. -Capacità di costruire i modelli di ampio e piccolo segnale di un MOSFET e di correlarli con il comportamento sperimentale. -Conoscenza dei dispositivi a gate flottante utilizzati nelle memorie non volatili -Conoscenza dei principali processi tecnologici per i semiconduttori -Abilità di valutare dai parametri di processo i profili di drogaggio e gli spessori degli strati nei processi per semiconduttori -Abilità di padroneggiare le principali problematiche legate allo scalamento dei dispositivi a semiconduttore

Buona conoscenza dei concetti di base della fisica dello stato solido: descrizione a bande di energia e distribuzione dei portatori di carica. Conoscenza approfondita delle principali grandezze che descrivono i materiali di interesse elettronico quali conducibilita', costante dielettrica e loro dipendenza dalle condizioni di utilizzo: temperatura, frequenza. Conoscenza dei fondamenti dell'elettrotecnica per la comprenzione dei modelli elettrici equivalenti utilizzati nella descrizione dei dispositivi a semiconduttore.

-Introduzione alla fisica dei semiconduttori [2 cfu]: Solidi: comportamento elettronico, struttura a bande; Semiconduttori: elettroni e lacune, densità degli stati e statistica; Semiconduttori in equilibrio; Semiconduttori fuori equilibrio: trasporto e generazione-ricombinazione (GR); Trasporto nei semiconduttori: fenomeni di urto, mobilità, velocità di saturazione; Trasporto nei semiconduttori: diffusione, diffusività, relazione di Einstein; GR: diretta e assistita da trappole. Approssimazione di tempo di vita; Diagrammi a bande semiconduttori drogati e calcolo delle concentrazioni dei portatori. -Semiconduttori e giunzioni [2 cfu]: Equazioni di Schockley; Fenomeni di conduzione nei semiconduttori: trascinamento e diffusione; Modello matematico dei semiconduttori; Applicazione del modello matematico ad alcuni casi significativi di semiconduttori fuori equilibrio; Giunzione metallo-semiconduttore all’equilibrio: diagramma a bande e studio elettrostatico; Effetto della tensione applicata sulla giunzione metallo-semiconduttore: comportamento ohmico o rettificante, variazione della carica di svuotamento e Capacità di svuotamento; Giunzione p-n all'equilibrio: diagramma a bande e studio elettrostatico; Effetto della tensione applicata sulla giunzione p-n: variazione della carica di svuotamento e Capacità di svuotamento; Metodo di misura del potenziale di contatto nelle giunzioni basato su 1/C^2; Quasi livelli di Fermi e legge della giunzione; Correnti nella giunzione e valutazione del modello statico; Distribuzione delle correnti in polarizzazione diretta e inversa; Effetto delle resistenze serie sulle caratteristiche statiche; Tensione di accensione del diodo; Meccanismi di rottura della giunzione; Modello a controllo di carica e Capacità di diffusione; Derivazione del modello di ampio segnale e di piccolo segnale del diodo a giunzione. -Transistore bibpolare [2 cfu]: Generalità sui transistori; Meccanismi di funzionamento del transistore bipolare BJT; Correnti e parametri caratteristici del BJT in regione attiva diretta; Calcolo delle concentrazioni dei portatori nelle regioni di emettitore, base e collettore; Derivazione delle equazioni di Ebers Moll e modello statico; BJT nelle regioni attiva inversa, saturazioned interdizione; Caratteristiche statiche e modello di piccolo segnale del BJT. -Transistori MOS a effetto di campo [2 cfu]: Sistemi MOS: diagramma a bande all'equilibrio e valutazione degli effetti della tensione applicata; Fenomeno dell'inversione di popolazione; Derivazione della carica totale nel semiconduttore al variare delle tensione applicata; Sistemi MOS in forte inversione e calcolo della tensione di soglia; Sistemi CMOS: il transistore MOSFET a canale n e a canale p; Analisi a canale graduale del MOSFET; Modello statico del MOSFET a canale lungo in regione quadratica e di saturazione; Effetto di substrato; Modello di ampio e piccolo segnale del MOSFET; Effetti di canale corto nei MOSFET. -Introduzione alla tecnologia dei semiconduttori [2 cfu]: Principi di tecnologia dei semiconduttori: crescita del cristallo, epitassia, processi di drogaggio, crescita di film e ossidazione, deposizione di strati metallici, attacco chimico; fotolitografia, circuiti integrati bipolari, circuiti integrati a MOS; Evoluzione della tecnologia dei semiconduttori: scalamento e legge di Moore; cenni ai semiconduttori composti.

Le esercitazioni in aula permetteranno agli studenti di applicare in modo quantitativo le equazioni ricavate a lezione su strutture a semiconduttore che abbiano una forte correlazione con dispositivi reali.

Le lezioni faranno ricorso alla lavagna connessa al sistema di videoproiezione, tutto il materiale prodotto messo a disposizione sul portale della didattica. Gli esercizi sono discussi e risolti in aula. Si forniranno esercizi a casa per l’autovalutazione e la preparazione dell’esame finale. I libri di testo consigliati sono: Ben Streetman, Sanjay Banerjee, Solid State Electronic Devices (6th Edition), Prentice Hall G. Ghione, Dispositivi per la microelettronica, McGraw 1998

Slides; Libro di testo; Esercizi; Esercizi risolti; Video lezioni tratte da anni precedenti;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;

Exam: Written test; Compulsory oral exam; Group project;

... L’esame consiste in una parte teorica e di una parte relativa agli esercizi numerici. La parte teorica consiste in un insieme di domande scritte di teoria (selezionate da un insieme di domande rese disponibili sul sito web del corso) seguita da una prova orale, e pesa 18/30. Gli esercizi numerici (analoghi a quelli svolti nelle esercitazioni numeriche in aula) sono svolti in forma scritta e pesano 12/30; nell’ambito della prova orale possono essere discussi. La prova orale è svolta di norma nello stesso giorno della prova scritta o in giorni immediatamente seguenti.

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.