Politecnico di Torino
Politecnico di Torino
   
Login  
en
Politecnico di Torino
Anno Accademico 2012/13
05APMNX, 05APMOD
Dispositivi elettronici
Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Fisica - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Piccinini Gianluca ORARIO RICEVIMENTO PO ING-INF/01 40 10 10 0 20
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-INF/01 6 B - Caratterizzanti Ingegneria elettronica
Presentazione
L'insegnamento e' obbligatorio per gli studenti dei Corsi di Laurea in Ingegneria Elettronica e in Ingegneria Fisica e costituisce il primo elemento della catena che a partire dalle conoscenze di fisica dello stato solido, condurra' 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.
Risultati di apprendimento attesi
-Conoscenza dettagliata delle principali equazioni utilizzate per decrivere il comportamento dei materiali semiconduttori all'equilibrio e fuori equilibrio.
-Capacita' nell'applicare le opportune semplificazioni e approssimazioni alle equazioni dei semiconduttori nei casi di maggior interesse pratico.
-Capacita' 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.
-Capacita' di prevedere la distribuzione di carica nella giunzione p-n in presenza di profili di drogaggio sia uniformi sia variabili.
-Capacita' di correlare il comportamento fuori equilibrio di un diodo a giunzione con i principali meccasmi di trasporto di carica nella giunzione: polarizzazione diretta, inversa e rottura.
-Capacita' 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 capacita' di correlarle con le caratteristiche statiche.
-Capacita' 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 ad 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.
-Capacita' 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.
-Capacita' di utilizzare i modelli SPICE dei principali dispositivi a semiconduttore
Prerequisiti / Conoscenze pregresse
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 per la descrizione dei dispositivi a semiconduttore.
Programma
Argomenti trattati nelle lezioni:
-Diagrammi a bande semiconduttori drogati e calcolo delle concentrazioni dei portatori
-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 p-n all'equilibrio: diagramma a bande e studio elettrostatico
-Effetto della tensione applicata sulla giunzione p-n: variazione della carica di svuotamento e capacita' di svuotamento
-Metodo di misura del potenzionale 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
-Concetto di tensione di accensione del diodo
-Meccanismi di rottura elettrica della giunzione
-Modello a controllo di carica e capacita' di diffusione
-Derivazione del modello di ampio segnale e di piccolo segnale del diodo a giunzione
-Modelli SPICE del diodo a giunzione
-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
-Derivazioe delle equazioni di Ebers Moll e modello statico
-BJT nelle regioni attiva inversa, saturazioned interdizione
-Caratteristiche statiche e modello di piccolo segnale del BJT
-Modelli SPICE del BJT
-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
-Modelli SPICE del MOSFET
-Dispositivi a gate flottante e loro applicazioni nelle meorie non volatili.
Organizzazione dell'insegnamento
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. I risultati ottenuti saranno messi a confronto con
-le caratteristiche di componenti commerciali
-con i risultati ottenuti tramite l'uso del simulatore SPICE
Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico
I testi, scelti tra quelli elencati, saranno comunicati a lezione dal docente titolare dell'insegnamento'

Le lezioni e le esercitazioni faranno ricorso alla lavagna connessa al sistema di videoproiezione in modo che tutto il materiale prodotto in aula verra trasformato in file .pdf e messo sul portale della didattica.
I libri di testo consigliati sono:
S. M. Sze, Dispositivi a semiconduttore, Hoepli, 1991
G.Masera, C.Naldi, G.Piccinini, Introduzione all'analisi dei dispositivi a semiconduttore, Ed. Hoepli, 1995.
F. Bonani, G.Masera, S. Donati Guerrieri e G. Piccinini Dispositivi e Tecnologie elettroniche CLUT 2007.
G.Ghione Dispositivi per la Microelettronica McGraw-Hill 1998
Criteri, regole e procedure per l'esame
L'esame avviene con una prova scritta e una prova orale obbligatoria alla quale si accede con voto dello scritto >=18/30.
-Prova scritta (peso 0.5) e' costituita da due esercizi uno piu' orientato all'applicazione quantitativa delle equazioni studiate e fornite allo studente tramite un 'formulario', il secondo piu' orientato a mettere in luce le capacita' di analisi acquisite dallo studente.
-Prova orale (peso 0.5) sull'intero programma programma svolto a lezione e esercitazione.
Altre informazioni

La necessita' di avere come prerequisiti alcuni concetti di fisica dei materiali per l'elettronica che vengono erogati nel corso di Fisica II richiede lo svolgimento delle lezioni del corso di Dispositivi a valle di almeno 4 settimane nelle quali gli slot orari di Dispositivi saranno utilizzati dal corso di Fisica II.
La ripartizione indicativa delle ore potrebbe essere:
WK1-4 FISII 7*1.5 DISP 0
WK5-8 FISII 4*1.5 DISP 3*1.5
WK9-12 FISII 3*1.5 DISP 4*1.5
WK13-14 FISII 0 DISP 7*1.5
TOT 79.5 57
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2012/13
Indietro



© Politecnico di Torino
Corso Duca degli Abruzzi, 24 - 10129 Torino, ITALY
WCAG 2.0 (Level AA)
Contatti