PHYSICS OF ELECTRONIC DEVICES
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2015/2016
- Docente
- ANGELO COTTA RAMUSINO
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Primo Semestre
- SSD
- FIS/01
Obiettivi formativi
- Il corso, che fornisce 6 CFU (42 ore), si propone di offrire allo studente la possibilità di comprendere i principi fisici di funzionamento dei principali dispositivi a semiconduttore impiegati nei sistemi microelettronici di acquisizione ed elaborazione dati e di vederne esempi di applicazione. Allo studente vengono offerte occasioni, in particolare durante le sessioni di laboratorio per affinare le proprie’ abilita’ nell’applicare le conoscenze acquisite.
Prerequisiti
- E’ necessario che lo studente abbia acquisito le conoscenze fondamentali fornite dai corsi di Fisica Generale e dai Laboratori di Elettronica offerti nei primi due anni di questo Corso di Laurea.
Contenuti del corso
- Il programma del corso comprende:
Introduzione alla tecnologia planare per la fabbricazione di circuiti integrati basati su silicio (Si)
Nozioni basilari di cristallografia e richiamo delle nozioni di meccanica quantistica alla base della comprensione della struttura energetica e della densita’ degli stati per i portatori di carica nel Si; funzione di Fermi e concentrazione dei portatori di carica all’equilibrio termico; generazione e ricombinazione dei portatori di carica nel Si e fenomeni di trasporto
Teoria della giunzione p-n in equilibrio, in polarizzazione inversa e diretta; giunzioni Schottky; confronto tra caratteristica I-V ideale e caratteristica reale; rottura della giunzione; modello a controllo di carica e transienti di accensione e spegnimento
Applicazione di diodi raddrizzatori, Varicap e Zener
Dispositivi SiPM (Silicon Photo Multiplier) per la rivelazione di singolo fotoelettrone
Teoria e applicazione di transistori bipolari a giunzione (BJT); modello di Ebers-Moll; modello equivalente per piccoli segnali; diagramma di Bode della risposta in frequenza di amplificatori a singolo stadio; progetto di un semplice amplificatore operazionale a BJT
Teoria e applicazione di transistori ad effetto di campo (MOSFET); equazione di Sichman-Hodges; modello equivalente per piccoli segnali; diagramma di Bode della risposta in frequenza di amplificatori a singolo stadio; progetto di un semplice amplificatore operazionale a MOSFET
Inverter CMOS; driver CMOS per carichi capacitivi; logica CMOS combinatoria e sequenziale; power-delay product
Laboratorio analogico: simulazione mediante SPICE degli esempi visti a lezione
Laboratorio digitale: sintesi automatica di circuiti digitali descritti in Hardware Description Language (HDL) ed esercitazione basata su ambiente di sviluppo per circuiti integrati di tipo FPGA (Field Programmable Gate Array) Metodi didattici
- lezioni frontali, esercizi di progetto e simulazione di circuiti analogici, sviluppo di progetti digitali per circuiti integrati FPGA
Modalità di verifica dell'apprendimento
- Lo studente viene valutato con una prova orale che prevede:
l’esposizione di un argomento scelto dallo studente o di una relazione su uno degli esercizi di progetto o analisi visti durante il corso
la risposta a 2 domande proposte dalla commissione che possono includere l’analisi del funzionamento di un dispositivo inserito in circuito del tipo di quelli visti durante il corso
e che ha lo scopo di verificare le conoscenze e le abilita’ acquisite. Il voto finale risulta dalla media pesata delle valutazioni delle risposte Testi di riferimento
- S.M.Sze - Semiconductor Devices - John Wiley & Sons, 1985 - ISBN: 0-471-33372-7
J.Millman, - Microelectronics: Digital and Analog Circuits and Systems - McGraw-Hill,1972, ISBN: 007042327X
M.R.Haskard, I.C.May - Analog VLSI design nMOS and CMOS - Prentice Hall, 1988, ISBN: 0724800271
R. Gregorian - Introduction to CMOS op-amp and comparators - John Wiley & Sons, inc.,1999, ISBN: 0471317780
E.Gatti, P.F.Manfredi - Processing the signals from solid-state detectors in elementary-particle physics - La rivista del NUOVO CIMENTO Vol.9 N.1
R. Jacob Baker - CMOS: Circuit Design, Layout, and Simulation (IEEE Press Series on Microelectronic Systems) - IEEE Computer Society Press; 2010, ISBN-10: 0470881321, ISBN-13: 978-0470881323
