ID:
A000778
Durata (ore):
48
CFU:
6
Url:
INGEGNERIA ELETTRONICA PER L'INDUSTRIA/PERCORSO COMUNE Anno: 1
Anno:
2023
Dati Generali
Periodo di attività
Primo Semestre (25/09/2023 - 15/12/2023)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Fornire allo studente le conoscenze relative alle problematiche tecnologiche e di funzionamento dei principali dispositivi elettronici moderni, ai metodi convenzionali e avanzati di misura per la loro caratterizzazione elettrica e ai principi di funzionamento della strumentazione dedicata.
Fornire allo studente la capacità di progettare applicazioni di misura per la caratterizzazione di dispositivi elettronici, assieme alla capacità di interpretare criticamente i risultati.
Favorire lo sviluppo dell’autonomia dello studente nella scelta dei metodi di caratterizzazione e della strumentazione più adatta per l’osservazione del comportamento dei dispositivi da sottoporre a test.
Favorire la capacità di esprimersi con adeguato linguaggio ai fini della corretta comunicazione delle scelte tecniche adottate e dei risultati sperimentali ottenuti.
Sviluppare l’autonoma capacità di aggiornamento in un settore, come quello dei dispositivi elettronici, che è caratterizzato da rapida e costante evoluzione tecnologica.
Prerequisiti
Principi di funzionamento dei principali componenti elettronici, elementi di teoria della misura e strumentazione per misure elettroniche.
Metodi didattici
Il corso è composto di lezioni (teoria), esercitazioni in aula e in laboratorio. Le lezioni si svolgono attraverso la proiezione di slide e materiale didattico messo a disposizione dal docente. Le esercitazioni in laboratorio riguardano i metodi convenzionali di misura per la caratterizzazione elettrica e i principi di funzionamento della strumentazione dedicata.
Verifica Apprendimento
Lo studente può scegliere tra due opzioni di verifica. Nella prima opzione la verifica consiste nella preparazione di un elaborato da svolgere a casa che include una discussione del problema sotto esame, la risoluzione attraverso l’ausilio di codice numerico e la simulazione di dispositivo. L’elaborato va richiesto al docente almeno una settimana prima della data fissata per l’esame, giorno nel quale avverrà la discussione orale di verifica. L’elaborato va consegnato al docente entro 48 ore dal momento della ricezione. La seconda opzione consiste in una prova orale sui contenuti del corso.
Testi
- “Semiconductor Material and Device Characterization”, D. K. Schroder, Wiley Interscience.
- “Low-Noise Electronic System Design”, C. D. Motchenbacher, J. A. Connelly, Wiley Interscience
- materiale didattico fornito dal docente
- “Low-Noise Electronic System Design”, C. D. Motchenbacher, J. A. Connelly, Wiley Interscience
- materiale didattico fornito dal docente
Contenuti
INTRODUZIONE AL CORSO. Introduzione alla strumentazione di misura e alla caratterizzazione dei dispositivi elettronici.
ELEMENTI DI ELETTRONICA DELLO STATO SOLIDO E TECNOLOGIA DEI DISPOSITIVI. Semiconduttori omogenei: equilibrio, bande di energia, meccanismi di generazione-ricombinazione, drogaggio e tecnologia del substrato, non equilibrio, drift, conducibilità, legge di Ohm, misure di resistività. Semiconduttori non omogenei: diffusione, tecnologia dei circuiti integrati. Modellizzazione e simulazione dei dispositivi elettronici a semiconduttore.
DIODO A GIUNZIONE PN E METODI DI CARATTERIZZAZIONE. Struttura e principio di funzionamento. Elettrostatica. Teoria di Schokley. Caratteristica corrente-tensione reale: resistenze serie, breakdown, corrente di generazione-ricombinazione. Caratterizzazione della giunzione attraverso misure corrente-tensione. Effetti capacitivi. Misure di drogaggio attraverso misure di capacità-tensione. Il rumore nei diodi a giunzione.
TRANSISTOR MOSFET E METODI DI CARATTERIZZAZIONE. La struttura Metallo-Ossido-Semiconduttore. Il transistor MOSFET: principio di funzionamento e modelli corrente-tensione bulk e square-law, modelli di mobilità. Metodi di caratterizzazione attraverso misure corrente-tensione: misura delle correnti ON/OFF, pendenza di sottosoglia, tensione di soglia, resistenza serie, lunghezza di canale. Metodi di caratterizzazione attraverso misure capacità-tensione: drogaggio di substrato, spessore dell’ossido, difetti nel dielettrico. Il rumore nei transistor MOSFET: modelli number fluctuation, mobility fluctuation, modelli correlati. Misure di difettosità attraverso misure di rumore.
IL RUMORE ELETTRICO. Definizione di rumore elettrico e modellizzazione. Sorgenti di rumore: rumore termico, shot, generazione-ricombinazione, flicker. Rumore nei dispositivi elettronici e negli amplificatori operazionali. Analisi di rumore nei circuiti. Simulazione di rumore elettrico con SPICE.
SISTEMI DI MISURA. Caratteristiche degli strumenti di misura. Disturbi nei sistemi di misura. Setup di misura e interconnessioni. Limiti teorici di misura. Misure ad elevata sensibilità in continua di tensione e corrente: nanovoltmetro, picoamperometro. Misure di resistenza e impedenza. Strumenti per la misura delle caratteristiche corrente-tensione (source and measurement units) e impedenza (LCR meter).
SISTEMI DI MISURA AD ELEVATA SENSIBILITA’. Sistemi di misura di rumore a bassa frequenza ad elevata sensibilità. Amplificatore di tensione e di transimpedenza. Sistemi di polarizzazione. Sistemi di analisi spettrale FFT. Metodi di misura per misure di rumore di tensione/corrente.
ELEMENTI DI ELETTRONICA DELLO STATO SOLIDO E TECNOLOGIA DEI DISPOSITIVI. Semiconduttori omogenei: equilibrio, bande di energia, meccanismi di generazione-ricombinazione, drogaggio e tecnologia del substrato, non equilibrio, drift, conducibilità, legge di Ohm, misure di resistività. Semiconduttori non omogenei: diffusione, tecnologia dei circuiti integrati. Modellizzazione e simulazione dei dispositivi elettronici a semiconduttore.
DIODO A GIUNZIONE PN E METODI DI CARATTERIZZAZIONE. Struttura e principio di funzionamento. Elettrostatica. Teoria di Schokley. Caratteristica corrente-tensione reale: resistenze serie, breakdown, corrente di generazione-ricombinazione. Caratterizzazione della giunzione attraverso misure corrente-tensione. Effetti capacitivi. Misure di drogaggio attraverso misure di capacità-tensione. Il rumore nei diodi a giunzione.
TRANSISTOR MOSFET E METODI DI CARATTERIZZAZIONE. La struttura Metallo-Ossido-Semiconduttore. Il transistor MOSFET: principio di funzionamento e modelli corrente-tensione bulk e square-law, modelli di mobilità. Metodi di caratterizzazione attraverso misure corrente-tensione: misura delle correnti ON/OFF, pendenza di sottosoglia, tensione di soglia, resistenza serie, lunghezza di canale. Metodi di caratterizzazione attraverso misure capacità-tensione: drogaggio di substrato, spessore dell’ossido, difetti nel dielettrico. Il rumore nei transistor MOSFET: modelli number fluctuation, mobility fluctuation, modelli correlati. Misure di difettosità attraverso misure di rumore.
IL RUMORE ELETTRICO. Definizione di rumore elettrico e modellizzazione. Sorgenti di rumore: rumore termico, shot, generazione-ricombinazione, flicker. Rumore nei dispositivi elettronici e negli amplificatori operazionali. Analisi di rumore nei circuiti. Simulazione di rumore elettrico con SPICE.
SISTEMI DI MISURA. Caratteristiche degli strumenti di misura. Disturbi nei sistemi di misura. Setup di misura e interconnessioni. Limiti teorici di misura. Misure ad elevata sensibilità in continua di tensione e corrente: nanovoltmetro, picoamperometro. Misure di resistenza e impedenza. Strumenti per la misura delle caratteristiche corrente-tensione (source and measurement units) e impedenza (LCR meter).
SISTEMI DI MISURA AD ELEVATA SENSIBILITA’. Sistemi di misura di rumore a bassa frequenza ad elevata sensibilità. Amplificatore di tensione e di transimpedenza. Sistemi di polarizzazione. Sistemi di analisi spettrale FFT. Metodi di misura per misure di rumore di tensione/corrente.
Lingua Insegnamento
ITALIANO
Corsi
Corsi
INGEGNERIA ELETTRONICA PER L'INDUSTRIA
Laurea Magistrale
2 anni
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Persone
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