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Dispositivi a stato solido ( 10 CFU )
Prof. Roberto Menozzi
     Tel. +39 0521 905832 - Fax. +39 0521 905822           E-mail. roberto.menozzi@unipr.it           Home page. http://www2.unipr.it/~menrob10/

Finalità
Obiettivo del corso è fornire agli studenti una conoscenza basilare dei i fenomeni fisici fondamentali che regolano il funzionamento dei principali dispositivi a semiconduttore di segnale e di potenza.

Programma
Cenni di fisica dei semiconduttori. Semiconduttori all’equilibrio. Legge dell’azione di massa. Statistiche di Fermi-Dirac e di Maxwell-Boltzmann. Densità di stati. Livello di Fermi e livello di fermi intrinseco. Pseudolivelli di Fermi. Portatori liberi nei semiconduttori. Mobilità. Velocità di saturazione. Corrente di diffusione. Corrente e pseudolivelli di Fermi.
Contatti metallo-semiconduttore. Giunzione metallo-semiconduttore all’equilibrio.
Image-force barrier lowering. Caratteristiche I-V delle giunzioni M-S. Contatti ohmici. Effetti di superficie.
Giunzione pn. Distribuzioni non uniformi di drogaggio. Guinzione p-n all’equilibrio. Lunghezza di Debye. Polarizzazione inversa. Capacità di una guinzione in inversa. Breakdown a valanga ed effetto Zener. Equazioni di continuità. Generazioni e ricombinazioni Shockley-Hall-Read. Ricombinazioni Auger e superficiali. Caratteristica I-V del diodo p-n. Diodi a base lunga e diodi a base corta. Discussione delle approssimazioni di basse iniezioni e di quasi-equilibrio. Correnti nella zona di carica spaziale. Correnti di generazione-ricombinazione in polarizzazione diretta e inversa. Transitori di commutazione. Capacità di diffusione.
Diodi p-i-n. Struttura, caratteristiche statiche e dinamiche.
Transistore Bipolare a Giunzione (BJT). Zona attiva diretta. Fattore di trasportoin base. Efficienza di emettitore. Commutazione dei BJT. Modello di Ebers-Moll. Effetto early. BJT integrati. Effetti delle basse iniezioni. Alte iniezioni: effetto Kirk, resistenza di base. Tempo di transito in base. Modello a controllo di carica. Modello a piccolo segnale. Limitazioni in frequenza: fT e fMAX. Transistori pnp di substrato e laterali.
BJT di potenza. Struttura, caratteristiche statiche e dinamiche.
Tiristori (SCR) e GTO. Struttura, caratteristiche statiche e dinamiche.
Transistore MOS (MOSFET). Sistemi MOS ideali. Struttura delle bande. Accumulazione, svuotamento, inversione, forte inversione. Tensione di soglia ed effetto body. caratteristica C-V del sistema MOS ideale. Sistemi MOS non ideali. cariche nell’ossido e all’interfaccia. MOSFET. Effetto body. Effetto della carica di bulk. Aggiustamento della tensione di soglia. Corrente sotto-soglia. Effetti di canale corto e di canale stretto.
Source/Drain charge sharing. Drain-Induced barrier lowering. Sub-surface punch-trhough. Riduzione della mobilità. Saturazione della velocità. Corrente di drain nei MOSFET a canale corto. Effetto dello scaling sui MOSFET a canale corto. Campi elettrici nella regione di velocità saturata: modello quasi-2D. Effetti dei portatori caldi: corrente di substrato e corrente di gate.
MOSFET di potenza. Struttura, caratteristiche statiche e dinamiche.
IGBT. Struttura, caratteristiche statiche e dinamiche.
Dispositivi a semiconduttori composti e ad eterogiunzione. MESFET, HEMT, PHEMT, HBT.




Testi consigliati
R. S. Muller, T. I. Kamins, P. K. Ko, “Device Electronics for Integrated Circuits,” 3rd Edition, John Wiley & Sons, 2003. ISBN: 0-471-42877-9

N. Mohan, T. M. Undeland, W. P. Robbins, “Power Electronics: Converters, Applications, and Design,” 3rd Ed., John Wiley, 2003.

Testi d'approfondimento
W. A. Harrison, “Applied quantum mechanics,” World Scientific, 2000, ISBN: 9810243758.
 
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