Dispositivi elettronici - (5 cfu)

Prof. Roberto Menozzi Tel. +39 0521 905832 - Fax. +39 0521 905822
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Finalità

Il corso tratta i fenomeni fisici fondamentali che regolano il funzionamento dei principali dispositivi a semiconduttore. Sono previste esercitazioni di laboratorio orientate alla caratterizzazione di dispositivi e all’estrazione dei relativi modelli.

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. Psedolivelli 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.

Transistore Bipolare a Giunzione (BJT). Zona attiva diretta. Fattore di trasporto in 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.

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.

Modalità d'esame

L’esame consiste in una prova orale. Eventuali relazioni sull’attività di laboratorio potranno contribuire al voto finale.

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


Ultimo aggiornamento: 22-06-2005


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