Laurea magistrale in Ingegneria e scienze informatiche

Laurea magistrale in Ingegneria e scienze informatiche

Fisica dei dispositivi integrati (2019/2020)

Codice insegnamento
4S00034
Crediti
6
Coordinatore
Alessandro Romeo
Settore disciplinare
FIS/01 - FISICA SPERIMENTALE
Lingua di erogazione
Italiano

Pagine collegate al corso



L'insegnamento è organizzato come segue:
Attività Crediti Periodo Docenti
Teoria 4 I semestre Alessandro Romeo
Laboratorio 2 I semestre Alessandro Magalini
Antonio Franco Selmo

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Obiettivi formativi

Il corso si propone di fornire i principi fisici di funzionamento dei dispositivi a semiconduttore, giunzioni p/n, FET, MOSFET, LED e delle porte logiche realizzate mediante la tecnologia planare dei circuiti integrati. Al termine del corso lo studente dovrà dimostrare di avere assimilato i principi fisici di funzionamento di un semiconduttore, di una giunzione p/n e di dispositivi elettronici come i transistor. Queste conoscenze consentiranno allo studente di: i) assemblare diversi tipi di transistor in circuiti realizzando dispositivi elettronici; ii) costruire un sistema semplice di circuito integrato con la capacità di scegliere tra i diversi dispositivi da inserire nel circuito; iii) padroneggiare i fenomeni fisici legati a dispositivi base dei circuiti integrati per poter conoscere e capire i diversi comportamenti di ogni circuito in base ai parametri elettrici impostati. Al termine del corso lo studente sarà in grado di: i) di interfacciare la struttura software con i dispositivi hardware conoscendo i metodi base di funzionamento dei circuiti elettronici; ii) comprendere con maggiore profondità la programmazione dei sistemi hardware.

Programma

Per seguire con profitto l'insegnamento è consigliabile che lo studente abbia già acquisito conoscenze di Fisica Classica (leggi della dinamica, lavoro, energia, campo elettrico, potenziale elettrico).

Il corso comprende una parte teorica e due diverse parti di laboratorio (simulazione e pratica)

Programma:

Richiami di fisica classica e di fisica quantistica: lavoro ed energia, campo elettrico e potenziale, corrente elettrica, legge di Ohm, circuiti lineari resistività e dipendenza dalla temperatura in metalli e semiconduttori, modello di Bohr, tavola periodica degli elementi

Struttura cristallina e proprietà elettriche di metalli, semiconduttori e semiconduttori drogati: modello a gas di elettroni nei metalli, modello a legame nei semiconduttori, concetto di lacuna, semiconduttori drogati, cenni alla teoria a bande, corrente di conduzione e di diffusione

Giunzione p-n: giunzione non polarizzata e polarizzata, ddp di contatto, caratteristica tensione-corrente in polarizzazione diretta e inversa, diodo a giunzione, diodo Zener, porte OR/AND a diodi, tempi di commutazione

Transistor bipolari a giunzione BJT, curve di ingresso e di uscita in configurazione emettitore comune, base comune, invertitore, caratteristica di traferimento e margini di rumore, tempi di commutazione

Transitor a effetto di campo JFET e MOSFET, tecniche di fabbricazione, curve di uscita e di trasferimento, invertitori a MOSFET e CMOS, caratteristiche di trasferimento, margini di rumore, tempi di commutazione

Circuiti digitali elementari in tecnologia MOS, CMOS, bipolare, ECL: NOR e NAND a MOSFET e a CMOS, NAND DTL, HTL, TTL, OR/NOR ECL

Confronto tra famiglie logiche: ritardo di propagazione, potenza dissipata, fan-out, margini di rumore

-Laboratorio informatico sulla simulazione di circuiti su Micro Cap (12 ore).
-Laboratorio fisico sulla la fabbricazione di circuiti su schede elettroniche pre impostate (12 ore).

Tutto il materiale didattico è disponibile sul portale e-learning.

Modalità d'esame

L'esame sarà un colloquio orale sulle tematiche affrontate durante il corso e una prova in laboratorio.
In particolare verrà richiesta una tesina su un argomento sviluppato durante il corso, per esempio la tecnologia di un particolare sensore o dispositivo. Lo studente presenterà la tesina attraverso una presentazione (per esempio in power point) e verranno chiesti i principi fisici di funzionamento dei semiconduttori e dei dispositivi elettronici discussi e

Testi di riferimento
Attività Autore Titolo Casa editrice Anno ISBN Note
Teoria Luciano Colombo Fisica dei Semiconduttori Zanichelli 2018 978-88-08-52054-8




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