Dispositivi elettronici - (5 cfu)

Finalità

l corso si propone di fornire una conoscenza approfondita dei fenomeni fisici che regolano il funzionamento dei principali dispositivi a semiconduttore (Silicio) legandola ai modelli impiegati per la simulazioni.

Programma

Fisica dei semiconduttori
Diagrammi a bande, portatori liberi, drogaggio, densita’ degli stati e funzione di Fermi, concentrazione dei portatori all’ equilibrio.

Portatori liberi nei semiconduttori
Meccanismi di trasporto della carica: trasporto per campo elettrico e per diffusione; mobilita’, fenomeni di generazione e ricombinazione, semiconduttori diretti ed indiretti, equazioni di stato.

Giunzione pn
Studio della giunzione all’ equilibrio: diagrammi a bande e risoluzione dell’ equazione di Poisson nel caso di drogaggio a profilo brusco. Studio della giunzione in condizione di polarizzazione diretta ed inversa. Effetti nel diodo reale: diodo a base corta, situazione di bassa iniezione, situazione di alta iniezione, cadute ohmiche, rottura della giunzione (effetto valanga e Zener). Impedenza di piccolo segnale del diodo pn. Transitori di accensione e spegnimento.
Cenni ai contatti metallo-semiconduttore: diodo schottky e contatti ohmici.

Transistore Bipolare
Diagrammi a bande. Condizione di polarizzazione: equazione generale della corrente di collettore; efficienza di emettitore e guadagno di corrente; tempo di transito dei portatoti minoritari in base, modello di Ebers e Moll.
Effetti nel transistore bipolare reale: modulazione della larghezza di base (effetto Early), Vce breakdown a base aperta ed in corto-circuito, situazione di debole polarizzazione. Effetti in condizione di alta iniezione: effetto Webster ed effetto Kirk.
Transistori bipolari ad alte prestazioni: drogaggio della base non-uniforme, emettitore in polisilicio, cenni al transistore bipolare ad eterogiunzione (HBT).
Modello alle variazioni del transistore bipolare per alta frequenza.
Risposta del transistore bipolare in transitorio, modello a controllo di carica.

Transistore MOS
Diagrammi a bande e studio del sistema M-O-S; tensione di banda-piatta; accumulazione, svuotamento ed inversione; risoluzione dell’ equazione di Poisson in forma approssimata, caratteristica C-V del condensatore MOS. Condizione di non-equilibrio.
Transistore MOS: tensione di soglia (VT): equazioni ed aggiustamento della soglia per drogaggio del canale; effetto Body; diagrammi a bande in condizioni polarizzazione, caratteristica ID - VGS approssimata.
Modello ai piccoli segnali per alta frequenza.
Effetti nei transistori MOS reali: presenza di cariche nell’ ossido ed all’ interfaccia, effetti di canale corto e di canale stretto; saturazione di velocita’; breakdown dell’ ossido e latch-up. Effetti in presenza di ossidi di gate ultra-sottili.

Cenni ai Transistori MESFET e JFET.

Modalità d'esame

Esame orale.

Testi consigliati

R. F. Pierret “Semiconductor Device Fundamentals”, Addison Wesley
R. S. Muller, T. I. Kamins, “Dispositivi Elettronici nei circuiti integrati”, Boringhieri

Ultimo aggiornamento: 12-03-2003

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