Frequentare

Tipologia

Ingegneria elettronica

SSD

ING-INF/01

Anno

1º anno

Semestre

1º semestre

CFU

3

Distribuzione delle ore

18 classroom hours, 12 training hours

Docenti

DEMETRIO LOGOTETA

Tipologia

Ingegneria elettronica

SSD

ING-INF/01

Anno

1º anno

Semestre

1º semestre

CFU

6

Distribuzione delle ore

36 classroom hours, 24 training hours

Docenti

DEMETRIO LOGOTETA

CONOSCENZA E COMPRENSIONE: COMPRENSIONE DEI MODELLI ELETTRICI E ELETTRONICI CHE GOVERNANO IL FUNZIONAMENTO DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORE DI BASE E DEI NODI TECNOLOGICI ATTUALI
CAPACITÀ APPLICATIVE. APPLICAZIONE DEI MODELLI DI BASE E DELLO STATO DELL’ARTE PER LA PROGETTAZIONE DI COMPONENTI INNOVATIVI
AUTONOMIA DI GIUDIZIO. VALUTAZIONE DEI LIMITI DELLE TECNOLOGIE DI BASE NELLA FABBRICAZIONE DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORE
ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. ESPRIMERE IN MODO ANALITICO LE EQUAZIONI CHE REGOLANO IL FUNZIONAMENTO DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORE
CAPACITÀ DI APPRENDERE. ACQUISIZIONE DELLE METODOLOGIE CHE GUIDANO ALLA COMPRENSIONE DEL FUNZIONAMENTO DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORI E ALLO SCALING ALLA MOORE

Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Comprensione dei modelli fisici che governano il funzionamento dei componenti a semiconduttore di base e sviluppo di opportune metodologie di analisi.
Comprensione delle tecnologie di fabbricazione dei dispositivi a semiconduttore integrati, della loro evoluzione, dei loro limiti attuali e dei possibili scenari futuri.



Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Comprensione dei modelli fisici che governano il funzionamento dei componenti a semiconduttore di base e sviluppo di opportune metodologie di analisi.
Comprensione delle tecnologie di fabbricazione dei dispositivi a semiconduttore integrati, della loro evoluzione, dei loro limiti attuali e dei possibili scenari futuri.

Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Conoscenze di base di elettromagnetismo e analisi matematica.


Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Conoscenze di base di elettromagnetismo e analisi matematica.

Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Elementi di meccanica quantistica.

Proprietà elettroniche di base dei semiconduttori: struttura cristallina del silicio e principali difetti cristallini; modello di legame nei solidi; bande di valenza e conduzione, gap energetico; distribuzione di Fermi-Dirac; concetto di lacuna; densità degli stati; equilibrio termodinamico e legge dell'azione di massa; doping dei semiconduttori: materiali di tipo n, di tipo p e compensati.

Semiconduttori non omogenei: piegamento delle bande, energia cinetica e potenziale dei portatori; correnti di deriva e diffusione; quasi-livelli di Fermi.

Processi di generazione e ricombinazione: generalità; assorbimento della radiazione luminosa e fotogenerazione; ricombinazione assistita da trappole; equazioni di continuità.

Giunzione p-n: soluzione dell’equazione di Poisson all’equilibrio nell’approssimazione di svuotamento completo; profilo del potenziale elettrostatico e del campo elettrico; effetto di una polarizzazione esterna; derivazione della caratteristica tensione- corrente di un diodo ideale; profilo delle densità di corrente di elettroni e lacune e delle densità spaziali di portatori; deviazioni dal comportamento ideale: diodi a base corta, breakdown della giunzione in polarizzazione inversa, corrente di generazione-ricombinazione, resistenze serie, effetti di alta iniezione.

Contatti metallo-semiconduttore: affinità elettronica e funzione lavoro; barriera Schottky; realizzazione di contatti ohmici su silicio di tipo n e di tipo p.

Transistor bipolare a giunzione: struttura; derivazione della densità di corrente di elettroni e lacune nelle diverse regioni di funzionamento; parametri di prestazione; modulazione dell’ampiezza di base e punchthrough.

Condensatore MOS: struttura ideale; diagrammi a bande e derivazione della densità di carica in funzione della tensione di gate; trappole, difetti carichi e loro effetto sulla tensione di bande piatte; concetto di capacità differenziale; curve capacità-tensione in bassa e alta frequenza; Fowler-Nordheim tunneling.

Transistor a effetto di campo (MOSFET): struttura e principio di funzionamento; derivazione della corrente di drain in un transistor a canale lungo adottando il modello quadratico e il modello bulk-charge; derivazione della corrente sottosoglia; differenze con un transistor a canale corto.

Introduzione allo scaling: legge di Moore e resa di fabbricazione; scaling a campo costante; effetti dello scaling sulla dissipazione di potenza statica e dinamica, sulla mobilità, sulla variabilità e sui costi non ricorrenti; booster tecnologici.

Effetti dello scaling sull’affidabilità nel MOSFET: concetto di elettroni caldi; corrente di perdita attraverso l’ossido di gate; snap-back; latch-up; calcolo del campo elettrico massimo nel canale e soluzioni tecnologiche per la sua riduzione; roll-off della tensione di soglia, drain-induced barrier lowering e punchthrough; correzioni quantistiche al profilo di carica mobile nel canale.

Scalabilità dell’ossido di gate: tunneling assistito da stati di trappola; breakdown dell’ossido; modello statistico di Weibull per la formazione di percorsi percolativi; regole di proiezione.

Ossidi ad alta costante dielettrica: spessore equivalente; requisiti fondamentali e problemi tecnologici; metodi di deposizione; emissione Poole-Frenkel.

Contatti e isolamenti di back-end: ingegnerizzazione dei contatti di source, drain e di gate; tecnologie di isolamento laterale dei dispositivi.

Interconnessioni di back-end: livelli di metallizzazione; ritardi di propagazione; processo damascene per la realizzazione di interconnessioni in rame; isolanti a bassa costante dielettrica; problemi affidabilistici legati alla diffusione indotta da stress e all’elettromigrazione.

Evoluzioni del MOSFET planare: concetto di lunghezza naturale; architetture silicon-on-insulator, double-gate, FinFET e a nanosheet; concetto di transistor steep-slope; tunnel FET.

Memorie a stato solido: transistor floating gate; memorie flash; protocolli di lettura, scrittura e cancellazione; endurance e ritenzione del dato; architetture di tipo NAND e NOR; cenni alle memorie ad intrappolamento di carica; memorie non volatili di tipo resistivo.


Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Elementi di meccanica quantistica.

Proprietà elettroniche di base dei semiconduttori: struttura cristallina del silicio e principali difetti cristallini; modello di legame nei solidi; bande di valenza e conduzione, gap energetico; distribuzione di Fermi-Dirac; concetto di lacuna; densità degli stati; equilibrio termodinamico e legge dell'azione di massa; doping dei semiconduttori: materiali di tipo n, di tipo p e compensati.

Semiconduttori non omogenei: piegamento delle bande, energia cinetica e potenziale dei portatori; correnti di deriva e diffusione; quasi-livelli di Fermi.

Processi di generazione e ricombinazione: generalità; assorbimento della radiazione luminosa e fotogenerazione; ricombinazione assistita da trappole; equazioni di continuità.

Giunzione p-n: soluzione dell’equazione di Poisson all’equilibrio nell’approssimazione di svuotamento completo; profilo del potenziale elettrostatico e del campo elettrico; effetto di una polarizzazione esterna; derivazione della caratteristica tensione- corrente di un diodo ideale; profilo delle densità di corrente di elettroni e lacune e delle densità spaziali di portatori; deviazioni dal comportamento ideale: diodi a base corta, breakdown della giunzione in polarizzazione inversa, corrente di generazione-ricombinazione, resistenze serie, effetti di alta iniezione.

Contatti metallo-semiconduttore: affinità elettronica e funzione lavoro; barriera Schottky; realizzazione di contatti ohmici su silicio di tipo n e di tipo p.

Transistor bipolare a giunzione: struttura; derivazione della densità di corrente di elettroni e lacune nelle diverse regioni di funzionamento; parametri di prestazione; modulazione dell’ampiezza di base e punchthrough.

Condensatore MOS: struttura ideale; diagrammi a bande e derivazione della densità di carica in funzione della tensione di gate; trappole, difetti carichi e loro effetto sulla tensione di bande piatte; concetto di capacità differenziale; curve capacità-tensione in bassa e alta frequenza; Fowler-Nordheim tunneling.

Transistor a effetto di campo (MOSFET): struttura e principio di funzionamento; derivazione della corrente di drain in un transistor a canale lungo adottando il modello quadratico e il modello bulk-charge; derivazione della corrente sottosoglia; differenze con un transistor a canale corto.

Introduzione allo scaling: legge di Moore e resa di fabbricazione; scaling a campo costante; effetti dello scaling sulla dissipazione di potenza statica e dinamica, sulla mobilità, sulla variabilità e sui costi non ricorrenti; booster tecnologici.

Effetti dello scaling sull’affidabilità nel MOSFET: concetto di elettroni caldi; corrente di perdita attraverso l’ossido di gate; snap-back; latch-up; calcolo del campo elettrico massimo nel canale e soluzioni tecnologiche per la sua riduzione; roll-off della tensione di soglia, drain-induced barrier lowering e punchthrough; correzioni quantistiche al profilo di carica mobile nel canale.

Scalabilità dell’ossido di gate: tunneling assistito da stati di trappola; breakdown dell’ossido; modello statistico di Weibull per la formazione di percorsi percolativi; regole di proiezione.

Ossidi ad alta costante dielettrica: spessore equivalente; requisiti fondamentali e problemi tecnologici; metodi di deposizione; emissione Poole-Frenkel.

Contatti e isolamenti di back-end: ingegnerizzazione dei contatti di source, drain e di gate; tecnologie di isolamento laterale dei dispositivi.

Interconnessioni di back-end: livelli di metallizzazione; ritardi di propagazione; processo damascene per la realizzazione di interconnessioni in rame; isolanti a bassa costante dielettrica; problemi affidabilistici legati alla diffusione indotta da stress e all’elettromigrazione.

Evoluzioni del MOSFET planare: concetto di lunghezza naturale; architetture silicon-on-insulator, double-gate, FinFET e a nanosheet; concetto di transistor steep-slope; tunnel FET.

Memorie a stato solido: transistor floating gate; memorie flash; protocolli di lettura, scrittura e cancellazione; endurance e ritenzione del dato; architetture di tipo NAND e NOR; cenni alle memorie ad intrappolamento di carica; memorie non volatili di tipo resistivo.

Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Robert Pierret, "Semiconductor device fundamentals", Addison Wesley (1996)
Richard Muller and Theodore Kamins, "Device Electronics for Integrated Circuits", Wiley (2002)
Simon Sze and Ming-Kwei Lee, "Semiconductor Devices", John Wiley and Sons (2012)
Fernanda Irrera, "Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata", Efesto (2018)


Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Robert Pierret, "Semiconductor device fundamentals", Addison Wesley (1996)
Richard Muller and Theodore Kamins, "Device Electronics for Integrated Circuits", Wiley (2002)
Simon Sze and Ming-Kwei Lee, "Semiconductor Devices", John Wiley and Sons (2012)
Fernanda Irrera, "Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata", Efesto (2018)

Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
N/D
Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
N/D

Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Lezioni, esercitazioni e seminari.


Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Lezioni, esercitazioni e seminari.

Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
La frequenza non è obbligatoria, ma è fortemente consigliata.


Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
La frequenza non è obbligatoria, ma è fortemente consigliata.

Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Prova scritta e prova orale. La prova scritta consiste in esercizi e quesiti teorici. La prova orale, cui si accede solo dietro superamento della prova scritta, consiste in una discussione sugli argomenti trattati nel corso.


Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Prova scritta e prova orale. La prova scritta consiste in esercizi e quesiti teorici. La prova orale, cui si accede solo dietro superamento della prova scritta, consiste in una discussione sugli argomenti trattati nel corso.

Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Discutere l’approccio “bulk charge” per la modellizzazione dei transistori ad effetto di campo e le sue differenze rispetto a modelli più semplici.
Discutere i problemi di affidabilità derivanti dalla miniaturizzazione dei dispositivi elettronici e le soluzioni tecnologiche per contrastarli.


Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Discutere l’approccio “bulk charge” per la modellizzazione dei transistori ad effetto di campo e le sue differenze rispetto a modelli più semplici.
Discutere i problemi di affidabilità derivanti dalla miniaturizzazione dei dispositivi elettronici e le soluzioni tecnologiche per contrastarli.

Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
N/D
Modulo: INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
N/D