NANOELETTRONICA

Internazionalizzazione della Didattica NANOELETTRONICA

0522600055
DIPARTIMENTO DI FISICA "E.R. CAIANIELLO"
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
FISICA
2021/2022

ANNO CORSO 2
ANNO ORDINAMENTO 2017
PRIMO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
648LEZIONE
Obiettivi
L'INSEGNAMENTO HA L'OBIETTIVO DI FORNIRE UNA CONOSCENZA APPROFONDITA DELLA FISICA E DELLA TECNOLOGIA DEI MODERNI DISPOSITIVI ELETTRONICI A SEMICONDUTTORE, IN PARTICOLAR MODO DI QUELLI CON DIMENSIONI NANOMETRICHE.

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
L’INSEGNAMENTO COSTITUISCE UN APPROFONDIMENTO DELLE PROPRIETÀ ELETTRONICHE, OPTOELETTRONICHE E DI TRASPORTO DEI MATERIALI SEMICONDUTTORI; TRATTA IN MANIERA ESTESA LA FABBRICAZIONE, LA CARATTERIZZAZIONE E IL FUNZIONAMENTO DI DIODI, TRANSISTOR E MEMORIE; SI SOFFERMA SULL’ELETROSTATICA E SUI FENOMENI DI TRASPORTO SEMICLASSICO E QUANTISTICO NEI MODERNI NANOTRANSISTOR; ACCENNA ALLE PROPRIETA’ DI TRASPORTO DI MATERIALI NANOSTRUTTURATI MONO- E BIDIMENSIONALI (NANOFILI, NANOTUBI, GRAFENE ED ALRI MATERIALI 2D); SI ESTENDE AI DISPOSITIVI A MICROONDE E AI DISPOSITIVI FOTONICI (FOTORIVELATORI, LASER E CELLE FOTOVOLTAICHE). GLI STUDENTI SONO MESSI A CONOSCENZA DELLE SFIDE TECHNOLOGICHE E CONCETTUALI PRESENTATE DALLA CONTINUA MINIATURIZZAZIONE DEI DISPOSITIVI ELETTRONICI E DELLE TENDENZE DELLA MODERNA NANOELETTRONICA. IL CORSO PUO' INCLUDERE UNA PARTE DI LABORATORIO IN CUI VENGONO UTILIZZATE TECNICHE E STRUMENTI ALL'AVANGUARDIA PER ESEGUIRE CARATTERIZZAZIONI ELETTRO-OTTICHE DI DISPOSITIVI.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:
CON QUESTO INSEGNAMENTO LO STUDENTE ACQUISIRÀ CONOSCENZE TEORICHE E PRATICHE UTILI PER SVOLGERE ATTIVITÀ DI RICERCA IN UN LABORATORIO DI MICRO E/O NANOELETTRONICA E PER INTRAPRENDERE ATTIVITÀ LAVORATIVA NELL'INDUSTRIA DEI SEMICONDUTTORI. LO STUDENTE FARÀ COSTANTE USO DEL MODELLO A BANDE DI ENERGIA PER LA COMPRENSIONE DEL COMPORTAMENTO ELETTRICO DEI DISPOSITIVI ED ACQUISIRÀ FAMILIARITÀ CON GLI APPROCCI TEORICI PIÙ USATI PER IL TRASPORTO ELETTRICO ALLA NANOSCALA. LO STUDENTE SARÀ IN GRADO DI CAPIRE LA LETTERATURA SCIENTIFICA SPECIALISTICA DEL SETTORE.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO
LO STUDENTE SAPRÀ INDIVIDUARE I PARAMETRI ED I METODI PIÙ APPROPRIATI PER LA CARATTERIZZAZIONE DI UN DISPOSITIVO ELETTRONICO. SAPRÀ INOLTRE UTILIZZARE IL MODELLO A BANDE PER DESCRIVERE I FENOMENI OPTOELETTRONICI CHE AVVENGO IN DIODI E TRANSISTOR ALLA MICRO- ED ALLA NANO-SCALA. SARÀ IN GRADO DI GIUDICARE LA PLAUSIBILITA' E L'ACCURATEZZA DI MODELLI PROPOSTI PER SPIEGARE OSSERVAZIONI SPERIMENTALI.

ABILITÀ COMUNICATIVE
LO STUDENTE SARÀ CAPACE DI ESPORRE IN MODO CHIARO E CON PROPRIETÀ DI LINGUAGGIO IL FUNZIONAMENTO DI UN DISPOSITIVO ELETTRONICO E I FENOMENI FISICI CHE NE SONO ALLA BASE.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO
LO STUDENTE SARÀ IN GRADO DI APPLICARE LE CONOSCENZE ACQUISITE PER COMPRENDERE IL FUNZIONAMENTO DI DISPOSITIVI OPTOELETTRONICI NON PRESENTATI DURANTE IL CORSO. INOLTRE, SARÀ IN GRADO DI PROPORRE MODELLI PER SPIEGARE NUOVE OSSERVAZIONI SPERIMENTALI.
Prerequisiti
IL CORSO PRESUPPONE LA CONOSCENZA DELLA FISICA GENERALE (MECCANICA ED ELETTROMAGNETISMO) E DELL’ANALISI MATEMATICA. SONO NECESSARIE INOLTRE CONOSCENZE DI BASE DI MECCANICA QUANTISTICA E DI STRUTTURA DELLA MATERIA.
Contenuti
LEZIONI (48 H):
BANDE DI ENERGIA E CONCENTRAZIONE DEI PORTATORI DI CARICA (4H)
MATERIALI SEMICONDUTTORI. STRUTTURE CRISTALLINE DI BASE. BANDE DI ENERGIA. DONORI E ACCETTATORI. FUNZIONE DI FERMI. DENSITA’ DEGLI STATI. CONCENTRAZIONE DEI PORTATORI DI CARICA.

FENOMENI DI TRASPORTO (4H)
DERIVA E DIFFUSIONE DEI PORTATORI. MECCANISMI DI URTO. GENERAZIONE E RICOMBINAZIONE. EQUAZIONE DI CONTINUITÀ. TUNNEL. EMISSIONE DI CAMPO. CARICA SPAZIALE. EMISSIONE TERMOIONICA. EFFETTI A CAMPI ELEVATI.

TRASPORTO QUANTISTICO (3H)
APPROCCIO BASATO SULLA FUNZIONE D’ONDA. APPROCCIO DI LANDAUER. DIODO A GIUNZIONE PN.

CONTATTI METALLO-SEMICONDUTTORE (2H)
BARRIERA SCHOTTKY. TRASPORTO DI CORRENTE. EMISSIONE TERMOIONICA. CONTATTI OHMICI. ETEROGIUNZIONI.

DIODI EMETTITORI DI LUCE E LASER (3H)
TRANSIZIONI RADIATIVE E ASSORBIMENTO OTTICO. DIODI EMETTITORI DI LUCE. LASER A SEMICONDUTTORE.

FOTORIVELATORI E CELLE SOLARI (3H)
FOTORIVELATORI. CELLE SOLARI. CELLE SOLARI A SILICIO E A SEMICONDUTTORI COMPOSTI. CELLE SOLARI DI TERZA GENERAZIONE. CONCENTRAZIONE OTTICA.

STRUTTURA MOS (4H)
EQUAZIONI DEL MOS. ANALISI DELLA REGIONE DI CARICA SPAZIALE. INVERSIONE FORTE. TENSIONE DI SOGLIA. CARATTERISTICHE C-V. EFFETTI QUANTISTICI SULLE CARATTERISTICHE CV DEL MOS.

TRANSISTOR AD EFFETTO DI CAMPO DI TIPO MOS (3H)
FUNZIONAMENTO DEL MOSFET. CARATTERISTICHE CORRENTE-TENSIONE. EFFETTI SECONDARI NEI MOSFET. CIRCUITI A MOS COMPLEMENTARI (CMOS).

DISPOSITIVI MOS (3H)
DISPOSITIVI AD ACCOPPIAMENTO DI CARICA. MEMORIE AD ACCESSO CASUALE STATICHE E DINAMICHE (SRAM E DRAM). MEMORIE NON VOLATILI.

DISPOSITIVI A BUCHE QUANTICHE (5H)
TEORIA E TREND DELLA MINIATURIZZAZIONE DEI MOSFET. EFFETTI DI CANALE CORTO. PUNCH-THROUGH. SATURAZIONE DELLA VELOCITA’. FLUTTUAZIONI DEL DROGAGGIO. TUNNEL NELL’OSSIDO E NELLE GIUNZIONI PN. APPROCCI PER SUPERARE I PROBLEMI DI MINIATURIZZAZIONE NEI MOSFET ALLA NANOSCALA. MOSFET CON DOPPIA GATE. FINFET. TRANSISTOR AD EFFETTO DI CAMPO DI TIPO TUNNEL. DIODI A TUNNEL RISONANTE.

DISPOSITIVI A FILI QUANTICI (3H)
TRASPORTO IN SISTEMI ELETTRONICI MONODIMENSIONALI. 1DES IDEALE E SEMICONDUTTORE. TRASPORTO BALISTICO IN MOSFET A CANALE CORTO. MOSFET A NANOFILI.

DISPOSITIVI A PUNTI QUANTICI (4H)
SISTEMI ELETTRONICI ZERO-DIMENSIONALI. PUNTO QUANTICO SEMICONDUTTORE. BLOCCAGGIO DI COULOMB. TRANSISTOR A SINGOLO ELETTRONE. GLI STATI FOCK-DARWIN. GLI STATI DI SPIN E IL CALCOLO QUANTISTICO. MODELLIZZAZIONE DI TRANSISTOR A SINGOLO ELETTRONE.

NANOTUBI DI CARBONIO, GRAFENE E ALTRI MATERIALI 2D (3H)
FULLERENI. NANOTUBI DI CARBONIO. GRAFENE. DICALCOGENURI DEI METALLI DI TRANSIZIONE ED ALTRI MATERIALI BIDIMENSIONALI. DISPOSITIVI CON MATERIALI NANOSTRUTTURATI.

DISPOSITIVI SPINTRONICI (2H)
MATERIALI FERROMAGNETICI. DISPOSITIVI A MAGNETORESISTENZA GIGANTE. DISPOSITIVI A GIUNZIONE TUNNEL MAGNETICA. DISPOSITIVI A MOMENTO TORCENTE.

TECNOLOGIA DI FABBRICAZIONE DEI DISPOSITIVI (2H)
OSSIDAZIONE. LITOGRAFIA. PATTERN TRANSFER - INCISIONE. DOPING. DIFFUSIONE DEL DROGAGGIO. DEPOSIZIONE FILM SOTTILI. INTERCONNESSIONI. TECNICHE DI FABBRICAZIONE PER NANOSTRUTTURE. PROCESSO CMOS.

Metodi Didattici
IL CORSO COMPRENDE LEZIONI TEORICHE ED ESEMPI APPLICATIVI. VERRANNO PROPOSTI ESERCIZI PER CONSOLIDARE L’APPRENDIMENTO DEI CONCETTI DI BASE E PER FAMILIARIZZARE LO STUDENTE CON LE GRANDEZZE IN GIOCO. SE DI INTERESSE, PUO' ESSERE INCLUSA ANCHE UNA PARTE DI LABORATORIO DEDICATA ALL'USO DI STRUMENTI E TECNICHE DI MISURA OTTIMIZZATI PER I NANODISPOSITIVI.
Verifica dell'apprendimento
LA VERIFICA DELL’APPRENDIMENTO RICHIEDE UNA PROVA ORALE DELLA DURATA DI CIRCA UN’ORA. LA PROVA ORALE VERTE SU UN SOTTOINSIEME DI ARGOMENTI DEL CORSO SCELTI A CASO ED HA LO SCOPO DI APPROFONDIRE IL LIVELLO DELLE CONOSCENZE TEORICHE, L’AUTONOMIA DI ANALISI E DI GIUDIZIO, NONCHÉ LE CAPACITÀ ESPOSITIVE DELLO STUDENTE.
IL LIVELLO DI VALUTAZIONE TIENE CONTO DELL’EFFICIENZA DEI METODI UTILIZZATI, DELLA COMPLETEZZA ED ESATTEZZA DELLE RISPOSTE, NONCHÉ DELLA CHIAREZZA NELLA PRESENTAZIONE.
IL LIVELLO DI VALUTAZIONE MINIMO (18) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA INCERTEZZE NELL’APPLICAZIONE DEI METODI E HA UNA LIMITATA CONOSCENZA DELLE PRINCIPALI PROPRIETÀ DEI DIVERSI TIPI DI DISPOSITIVI TRATTATI.
IL LIVELLO MASSIMO (30) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA UNA CONOSCENZA COMPLETA ED APPROFONDITA DELLA FISICA DEI DISPOSITIVI ED È IN GRADO DI FORMALIZZARLA ANALITICAMENTE.
IL VOTO FINALE, ESPRESSO IN TRENTESIMI CON EVENTUALE LODE, SI OTTIENE TENENDO CONTO DELLA PROVA ORALE ED IN PICCOLA PARTE DELLA FREQUENZA DEL CORSO.
LA LODE VIENE ATTRIBUITA QUANDO IL CANDIDATO DIMOSTRA SIGNIFICATIVA PADRONANZA DEI CONTENUTI TEORICI ED APPLICATIVI E MOSTRA DI SAPER PRESENTARE GLI ARGOMENTI CON NOTEVOLE PROPRIETÀ DI LINGUAGGIO E CAPACITÀ DI ELABORAZIONE AUTONOMA ANCHE IN CONTESTI DIVERSI DA QUELLI PROPOSTI DAL DOCENTE.
Testi
LIBRI DI TESTO:
B.G. PARK, S.W. HUANG, Y.J. PARK: NANOELECTRONIC DEVICES, 2012, JENNY STANFORD PUBLISHING, SINGAPORE
V.K. ARORA: NANOELECTRONICS - QUANTUM ENGINEERING OF LOW-DIMENSIONAL NANOENSEMBLES, CRC PRESS, 2015, BOCA RATON (FL)
V.K. KHANNA: INTRODUCTORY NANOELECTRONICS - PHYSICAL THEORY AND DEVICE ANALYSIS, CRC PRESS, 2021, BOCA RATON
H. RAZA: NANOELECTRONICS FUNDAMENTALS - MATERIALS, DEVICES AND SYSTEMS, 2019 SPRINGER, CHAM, SWITZERLAND
M. LUNDSTROM: FUNDAMENTALS OF NANOTRANSISTORS, 2017, WORLD SCIENTIFIC, SINGAPORE
S. M. SZE, M.-K. LEE: SEMICONDUCTOR DEVICES: PHYSICS AND TECHNOLOGY, 3RD EDITION, 2012, WILEY

Altre Informazioni
IL DOCENTE È SEMPRE DISPONIBILE PER INFORMAZIONI O DISCUSSIONI SUI CONTENUTI DEL CORSO. E-MAIL: ADIBARTOLOMEO@UNISA.IT
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