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| Corso | Ingegneria Elettrica ed Elettronica LM-29 |
| Curriculum | Electrical and Electronic Engineering |
| Orientamento | Orientamento unico |
| Anno Accademico | 2022/2023 |
| Crediti | 6 |
| Settore Scientifico Disciplinare | ING-INF/01 |
| Anno | Secondo anno |
| Unità temporale | Primo semestre |
| Ore aula | 48 |
| Attività formativa | Attività formative caratterizzanti |
| Docente | RICCARDO CAROTENUTO |
| Obiettivi | The target of this module is an in-depth study of the themes concerning the principles of operation and the design of solid-state semiconductor devices. One or more analytical models are presented and discussed for each device, together with a SPICE model. Some fundamental techniques for numerical modeling are also discussed. The competences acquired with this module allow the student to understand how, by means of the carrier generation, recombination, transport in semiconductors it is possible to design devices with given electrical characteristics, such as diodes, transistors, sensors. Moreover, fundamental concepts are provided concerning the design and fabrication of optoelectronic devices used in modern fiber optic communications systems. Knowledge and understanding: after passing the exam the student knows the basic principles of operation of semiconductor electronic devices. He knows the methods to obtain a one-dimensional analytical models for the characteristics of solid-state devices. He knows the techniques for the experimental characterization of these devices. Ability to apply knowledge: after passing the exam the student is able to compare the characteristics of devices and identify the one or those most suitable for each application. Autonomy of judgment: in order to pass the exam the student must independently answer theoretical, analytical and design questions with free answer and is therefore led to develop an independent judgment on the completeness and correctness of the provided answers. Communication skills: he is able to illustrate the theoretical and technical motivations behind the properties of known devices. Learning skills: after passing the exam the student is able to learn independently the basic characteristics of other solid state electronic devices. The assessment and evaluation examinations consist of: - in a written test, designed to ascertain the ability to analyze the operation of major semiconductor electronic devices, maximum grade 30/30; - in an oral exams, designed to ascertain understanding of the theoretical and analytical models underlying the physical operation of solid-state devices. Knowledge of techniques for experimental characterization of these devices, maximum grade 30/30. The final grade is the arithmetic mean of the marks obtained in the two exams. In order to pass the exam, with a minimum grade of 18/30, it is necessary that the subject knowledge/skills be at least at an elementary level for both the written and oral parts. A grade between 20/30 and 24/30 is awarded when the student is able to perform correctly in the written part but possesses elementary skills in the theoretical part. A grade between 25/30 and 30/30 is awarded when the student is able to perform the written part correctly and demonstrates good skills in the theoretical part. Students who have acquired excellent skills in both the written and theoretical parts may be awarded honors. Abilità comunicative: lo studente è in grado di illustrare le motivazioni teoriche e pratiche che sono alla base delle proprietà dei dispositivi conosciuti. Capacità di apprendimento: a seguito del superamento dell’esame lo studente è in grado di apprendere in autonomia le caratteristiche fondamentali di altri dispositivi elettronici a stato solido. Modalità di accertamento e valutazione Gli esami di accertamento e di valutazione consistono: - in una prova scritta, volta ad accertare la capacità di analizzare il funzionamento dei principali dispositivi elettronici a semiconduttore, voto massimo 30/30; - in una prova orale, volta ad accertare la comprensione dei modelli teorici ed analitici alla base del funzionamento fisico dei dispositivi a stato solido. Conosce le tecniche per la caratterizzazione sperimentale di questi dispositivi, voto massimo 30/30. Il voto finale è la media aritmetica dei voti conseguiti nelle due prove. Ai fini del superamento dell’esame con votazione minima di 18/30 è necessario che le conoscenze/competenze della materia siano almeno ad un livello sufficiente, sia per la parte scritta che per quella orale. E’ attribuito un voto compreso fra 20/30 e 24/30 quando lo studente è in grado di svolgere correttamente la parte scritta ma possiede competenze solo sufficienti nella parte teorica. E’ attribuito un voto compreso fra 25/30 e 30/30 quando lo studente è in grado di svolgere correttamente la parte scritta e dimostra buone competenze nella parte teorica. Agli studenti che abbiano acquisito competenze eccellenti sia nella parte scritta che in quella teorica può essere attribuita la lode. |
| Programma | Semiconductor materials properties Reverse and forward biased P-N junction; switching behaviour of the p-n junction, SPICE model Bipolar Junction Transistor, active region, Early effect, low and moderate emitter bias. Deep saturation, transit time MOS structure, band configuration under several bias conditions, CCD systems, C-V characteristics, oxide and interface charges Threshold voltage in a MOS device, electrical characteristics, MOSFT parameters, power MOSFETs, SPICE models Design of solid state devices by means of Computer Aided Design tools Thermistors, junction-based temperature sensors, optical temperature sensors Photodiodes: photogeneration of carriers, photogenerated current, avalanche photofdiodes, photoresistors, bias circuit of photodiodes Silicon photonics: silicon waveguides, electro-optical effects in silicon, other photonic materials, phase and amplitude integrated optical modulators (Fabry-Perot, Mach-Zehnder, Ring Resonator) Solar cells. Piezoresistive and piezoelectric effects Power transistors (DMOS, IGBT) and basic application circuits Laboratory experiences on the characterization and use of photodiodes, temperature sensors, switching diodes, power transistors |
| Testi docente | R. S. Muller - T. I. Kamins “Dispositivi elettronici nei circuiti integrati” Ed. Boringhieri G. Giustolisi, G. Palumbo “Introduzione ai dispositivi elettronici” Ed._Franco Angeli S. Dimitrijev “Understanding semiconductor devices” Ed. Oxford University Press S. M. Sze “Dispositivi a semiconduttore” - Ed. Hoepli S. Middelhoek “Silicon sensors” Lessons' notes and slides. |
| Erogazione tradizionale | Sì |
| Erogazione a distanza | No |
| Frequenza obbligatoria | No |
| Valutazione prova scritta | Sì |
| Valutazione prova orale | Sì |
| Valutazione test attitudinale | No |
| Valutazione progetto | No |
| Valutazione tirocinio | No |
| Valutazione in itinere | No |
| Prova pratica | No |
| Docente | SANDRO RAO |
| Obiettivi | The target of this module is an in-depth study of the themes concerning the principles of operation and the design of solid-state semiconductor devices. One or more analytical models are presented and discussed for each device, together with a SPICE model. Some fundamental techniques for numerical modeling are also discussed. The competences acquired with this module allow the student to understand how, by means of the carrier generation, recombination, transport in semiconductors it is possible to design devices with given electrical characteristics, such as diodes, transistors, sensors. Moreover, fundamental concepts are provided concerning the design and fabrication of optoelectronic devices used in modern fiber optic communications systems. Knowledge and understanding: after passing the exam the student knows the basic principles of operation of semiconductor electronic devices. He knows the methods to obtain a one-dimensional analytical models for the characteristics of solid-state devices. He knows the techniques for the experimental characterization of these devices. Ability to apply knowledge: after passing the exam the student is able to compare the characteristics of devices and identify the one or those most suitable for each application. Autonomy of judgment: in order to pass the exam the student must independently answer theoretical, analytical and design questions with free answer and is therefore led to develop an independent judgment on the completeness and correctness of the provided answers. Communication skills: he is able to illustrate the theoretical and technical motivations behind the properties of known devices. Learning skills: after passing the exam the student is able to learn independently the basic characteristics of other solid state electronic devices. The assessment and evaluation examinations consist of: - in a written test, designed to ascertain the ability to analyze the operation of major semiconductor electronic devices, maximum grade 30/30; - in an oral exams, designed to ascertain understanding of the theoretical and analytical models underlying the physical operation of solid-state devices. Knowledge of techniques for experimental characterization of these devices, maximum grade 30/30. The final grade is the arithmetic mean of the marks obtained in the two exams. In order to pass the exam, with a minimum grade of 18/30, it is necessary that the subject knowledge/skills be at least at an elementary level for both the written and oral parts. A grade between 20/30 and 24/30 is awarded when the student is able to perform correctly in the written part but possesses elementary skills in the theoretical part. A grade between 25/30 and 30/30 is awarded when the student is able to perform the written part correctly and demonstrates good skills in the theoretical part. Students who have acquired excellent skills in both the written and theoretical parts may be awarded honors. Abilità comunicative: lo studente è in grado di illustrare le motivazioni teoriche e pratiche che sono alla base delle proprietà dei dispositivi conosciuti. Capacità di apprendimento: a seguito del superamento dell’esame lo studente è in grado di apprendere in autonomia le caratteristiche fondamentali di altri dispositivi elettronici a stato solido. Modalità di accertamento e valutazione Gli esami di accertamento e di valutazione consistono: - in una prova scritta, volta ad accertare la capacità di analizzare il funzionamento dei principali dispositivi elettronici a semiconduttore, voto massimo 30/30; - in una prova orale, volta ad accertare la comprensione dei modelli teorici ed analitici alla base del funzionamento fisico dei dispositivi a stato solido. Conosce le tecniche per la caratterizzazione sperimentale di questi dispositivi, voto massimo 30/30. Il voto finale è la media aritmetica dei voti conseguiti nelle due prove. Ai fini del superamento dell’esame con votazione minima di 18/30 è necessario che le conoscenze/competenze della materia siano almeno ad un livello sufficiente, sia per la parte scritta che per quella orale. E’ attribuito un voto compreso fra 20/30 e 24/30 quando lo studente è in grado di svolgere correttamente la parte scritta ma possiede competenze solo sufficienti nella parte teorica. E’ attribuito un voto compreso fra 25/30 e 30/30 quando lo studente è in grado di svolgere correttamente la parte scritta e dimostra buone competenze nella parte teorica. Agli studenti che abbiano acquisito competenze eccellenti sia nella parte scritta che in quella teorica può essere attribuita la lode. |
| Programma | Giunzione PN in polarizzazione inversa, Giunzione PN in polarizzazione diretta, Diodo PIN Commutazione del diodo, Modelli SPICE Effetto transistor, Funzionamento in regione attiva, Effetto Early, Deboli ed elevate polarizzazioni di emettitore, Tempo di transito nella base Distribuzione delle bande nella struttura MOS, Regimi di polarizzazione, Sistemi CCD, Capacità del sistema MOS, Carica nell’ossido ed all’interfaccia Tensione di soglia nei MOSFET, Caratteristiche corrente tensione, Parametri del transistor MOSFET, Modelli SPICE CAD per lo sviluppo di dispositivi a stato solido, Applicazioni di strumenti CAD commerciali Termistori, Sensori di temperatura integrati, Reticoli di Bragg Fotodiodi: generazione ottica e correnti fotogenerate, fotodiodi a valanga, Fotoresistori Polarizzazione ed amplificazione. Dispositivi optoelettronici e fotonici in silicio, guide ottiche, effetti elettro-ottici nel silicio, proprietà fondamentali dei materiali per applicazioni fotoniche, modulatori ottici di ampiezza e di fase integrati in guida d’onda (Fabry-Perot, Mach-Zehnder, Ring Resonator) Cella solare. Effetto piezoresistivo ed effetto piezoelettrico, Relazioni stress/carica e campo elettrico/deformazione, Transistor di potenza (DMOS, IGBT) e circuiti fondamentali di utilizzo Esperienze di laboratorio sulla caratterizzazione ed uso di fotodiodi, sensori di temperatura, diodi in commutazione, transistor di potenza |
| Testi docente | R. S. Muller - T. I. Kamins “Dispositivi elettronici nei circuiti integrati” Ed. Boringhieri G. Giustolisi, G. Palumbo “Introduzione ai dispositivi elettronici” Ed._Franco Angeli S. Dimitrijev “Understanding semiconductor devices” Ed. Oxford University Press S. M. Sze “Dispositivi a semiconduttore” - Ed. Hoepli S. Middelhoek “Silicon sensors” |
| Erogazione tradizionale | Sì |
| Erogazione a distanza | Sì |
| Frequenza obbligatoria | No |
| Valutazione prova scritta | Sì |
| Valutazione prova orale | Sì |
| Valutazione test attitudinale | No |
| Valutazione progetto | No |
| Valutazione tirocinio | No |
| Valutazione in itinere | No |
| Prova pratica | No |
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