Docente

prof. Luca SELMI

Crediti

6 CFU

Lingua

Inglese

Obiettivi formativi specifici

Il corso illustra le tecniche di fabbricazione microelettroniche e i principi di fisica dei semiconduttori e teoria dello stato solido necessari a comprendere i criteri di progettazione e realizzazione dei moderni dispositivi micro- e nano-elettronici e dei biosensori elettronici.

Competenze acquisite

- Elementi di fisica quantistica e di fisica del trasporto nei semiconduttori.
- Comprensione delle potenzialità offerte dalle tecnologie micro e nano-elettroniche e dai technology boosters.
- Futuri sviluppi delle tecnologie nano-elettroniche.
- Affidabilità dei dispositivi elettronici e delle interconnessioni.
- Interfacciamento di sistemi elettronici con sistemi biologici. 
- Capacità di risolvere per via numerica semplici problemi di meccanica quantistica in dispositivi elettronici.
- Capacità di risolvere per via numerica semplici problemi di trasporto semiclassico in dispositivi elettronici con il metodo Monte Carlo.

Programma

Elementi di meccanica quantistica per ingegneri elettronici: elementi di fisica quantistica; pacchetti d'onde; proprietà elettroniche dei cristalli; struttura a bande; densità degli stati; approssimazione della massa efficace; semiconduttori intrinseci; livello di Fermi; concentrazioni di portatori (8 ore).
Elementi di fisica del trasporto di carica per ingegneri: equazione di Boltzmann; metodo dei momenti; modelli idrodinamico e drift-diffusion; metodo Monte Carlo di soluzione delle equazioni del trasporto; calcolo delle correnti ai terminali (8 ore).
Effetti di quantizzazione nei dispositivi elettronici: fenomeni di quantizzazione e trasporto ad alti campi in dispositivi MOSFET; variazione della tensione di soglia, della capacità effettiva di gate, della corrente di drain; accenni ai nanofili e ai punti quantici e al loro possibile impiego in nanoelettronica (8 ore).
Scaling dei dispositivi elettronici: l'ITRS roadmap; impatto della riduzione delle dimensioni sulle caratteristiche e le prestazioni di dispositivi micro e nanoelettronici; effetti di canale corto; saturazione della velocità; effetti di trasporto ad alti campi; modi di superare le limitazioni dovute allo scaling; architettura di dispositivi elettronici MOS e bipolari ad elevate prestazioni d'avanguardia (SOI, Double Gate, FinFETs, Gate all around, heterojunction bipolars) (10 ore).
Modelli per dispositivi elettronici d'avanguardia: modello di trasporto bailistico e quasi-balistico per dispositivi MOS e bipolari; implicazioni del trasporto balistico sulle prestazioni e le proprietà di scaling dei dispositivi elettronici; tecnologie nanoelettroniche su "strained-Silicon" (6 ore).
Affidabilità dei dispositivi e delle interconnessioni: meccanismi di degrado dei dispositivi elettronici, tunneling, portator caldi, elettromigrazione, latch-up, etc. (6 ore).
Interfacciamento di sistemi elettronici con sistemi biologici: elettrostatica di sistemi Elettrolita, isolante, semiconduttore; applicazioni di dispositivi ISFET; accenni ai biosensori (8 ore).
Esercitazioni (6 ore).
Laboratorio (6 ore).

Bibliografia

- appunti del docente
- Muller-Kamins, Device electronics for Integrated circuits, Wiley
- D. Esseni, P. Palestri, L.Selmi "Nanoscale MOS Transistors", Cambridge University Press
- Y.Taur, T.Ning, Fundamentals of Modern VLSI Devices, Cambridge
- G. Ghione, Dispositivi per la microelettronica, McGraw-Hill

Modalità d'esame

prova orale

Ulteriore materiale didattico o informazioni reperibili alla pagina