Guida degli insegnamenti

Syllabus

Partially translatedTradotto parzialmente
[51032] - DISPOSITIVI ELETTRONICIELECTRONIC DEVICES
MAURO BALLICCHIA
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea Magistrale - [IM11] INGEGNERIA ELETTRONICA (Curriculum: ELETTRONICA) Master Degree (2 years) - [IM11] ELECTRONICS ENGINEERING (Curriculum: ELETTRONICA)
Anno di corsoDegree programme year : 1 - Primo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2018-2019
Anno regolamentoAnno regolamento: 2018-2019
Crediti: 9
Ore di lezioneTeaching hours: 72
TipologiaType: B - Caratterizzante
Settore disciplinareAcademic discipline: ING-INF/01 - ELETTRONICA

LINGUA INSEGNAMENTO LANGUAGE

Italiano

Italian


PREREQUISITI PREREQUISITES

Conoscenze di base di fisica e teoria dei circuiti.

Basic knowledge of physics and circuit theory.


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DEL CORSO DEVELOPMENT OF THE COURSE

Lezioni frontali: 72 ore

Frontal lessons: 72 hours


RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI LEARNING OUTCOMES
Conoscenze e comprensione.

L'insegnamento permette di acquisire una conoscenza approfondita sul funzionamento dei principali dispositivi a stato solido per applicarla alla progettazione di circuiti elettronici, approfondendo in particolare alcune tecniche di progetto proprie dei circuiti integrati CMOS a radiofrequenze. Partendo dai concetti di base di fisica dei semiconduttori si arriverà a definire le equazioni che ne descrivono il comportamento sia in equilibrio che in fuori equilibrio. Queste conoscenze saranno poi utilizzate per comprendere e modellare il comportamento dei principali dispositivi nelle varie regioni di funzionamento, fino ad arrivare alle conoscenze fondamentali sulle tecnologie submicrometriche e nanometriche e le problematiche di scalatura dei dispositivi. L'insegnamento fornisce inoltre le conoscenze riguardo il comportamento in alta frequenza e i modelli di rumore dei dispositivi che verranno applicate illustrando le principali tecniche di progetto di circuiti integrati a radiofrequenza.


Capacità di applicare conoscenze e comprensione.

Il corso fornisce la capacità di applicare la teoria dei semiconduttori per analizzare e modellare il funzionamento dei principali dispositivi a semiconduttore fino a scale nanometriche. La capacità di modellare il comportamento elettrico dei dispositivi elettronici viene applicata all'interno delle tecniche di progetto di circuiti integrati a radio-frequenza, fornendo allo studente la capacità di affrontare problemi di progettazione con specifiche contrastanti.


Competenze trasversali.

L'insegnamento include contenuti multidisciplinari, in quanto, partendo da conoscenze di base di fisica classica e moderna consente di introdurre la fisica dei semiconduttori e analizzare il funzionamento dei principali dispositivi a stato solido per poi derivarne modelli, sia analitici che circuitali, da applicare alla progettazione di circuiti di base come amplificatori e oscillatori. Questo tipo di studio permette di sviluppare competenze trasversali al fine di accrescere la capacità di giudizio nell'analisi delle caratteristiche delle tecnologie micro e nano elettroniche emergenti, che sono in continua evoluzione, e fornisce la capacità di lavorare in gruppo con esperti di aree disciplinari diverse. L'interdisciplinarietà contribuisce anche a migliorare la capacità di apprendimento, armonizzando i contenuti in una visione unitaria e fornendo allo stesso tempo elementi di base per i corsi successivi, più specialistici ed orientati all'applicazione.


Knowledge and Understanding.

The course provides a thorough knowledge and understanding on the operating principles of the main solid-state devices in order to apply it to design of electronic circuits, deepening in particular some design techniques typical of CMOS radio-frequency integrated circuits. Starting from the basic principles of the semiconductor physics the course will introduce the equations of semiconductors both in equilibrium and out-of-equilibrium. This knowledge will be used to describe the operating principles of the main solid-state devices, in all the operating regions, and introduce the fundamental knowledge on sub-micrometer and nanometer technologies, the device scaling and its influence on the performance of the devices. The course provides also a knowledge and understanding of the high-frequency behavior and the noise models of the devices that will be applied by introducing the main design techniques of radio-frequency integrated circuits.


Capacity to apply Knowledge and Understanding.

The course allows to apply the knowledge of the semiconductor theory to analyze and model the electrical behaviour of the main semiconductor devices until the nanometer scale. The skill to model the electrical behavior of the electronic devices is applied in the basic design techniques of radio-frequency integrated circuits, in order to provide the student the applying knowledge about design problems with conflicting constraints.


Transversal Skills.

The course includes multidisciplinary contents, since, starting from the basic knowledge of classical and modern physics, introduces the semiconductor physics in order to analyze the behavior of semiconductor devices and extract both analytical and circuit model to be used in the design of electronic circuits. This aims to allow the students to develop transversal skills, in order to improve the ability of making judgements in the analysis of the emerging micro and nano-electronic technologies, that are continuously evolving, and contemporary makes the students able to work with expert of different disciplinary area. Moreover interdisciplinarity contributes also to improve learning skills, by harmonizing the contents in a unitary vision, and providing, at the same time, the basic elements for subsequent courses, that are more specialized and application oriented.



PROGRAMMA PROGRAM

Richiami di Meccanica Quantistica. Modello di Kronig-Penney. Massa efficace di elettroni e lacune nei semiconduttori. Meccanica statistica, concentrazione dei portatori liberi all'equilibrio termico, fenomeni di fuori equilibrio nei semiconduttori: trasporto di carica, generazione e ricombinazione. Modello deriva-diffusione. Giunzione PN e MOSFET: funzionamento fisico, modelli in DC e in alta frequenza. Sorgenti di rumore. Il rumore nei due-porte lineari. Il rumore nel MOSFET. Tecnologie submicrometriche e nanometriche: effetti submicrometrici nel MOSFET e device scaling. Elementi di progettazione di circuiti integrati a radiofrequenza: progetto di amplificatori con parametri di scattering, progettazione di Low-Noise Amplifier (LNA). Varactor, voltage-controlled oscillator e mixer.

Recall of quantum mechanics. Kronig-Penney model. Effective mass of electrons and holes in semiconductors. Statistical mechanics, carrier concentration at thermal equilibrium, non-equilibrium phenomena in semiconductors: carrier transport and Generation-Recombination. Drift-Diffusion model. PN Junction and MOSFET: physical operation, DC and high-frequency device modelling. Noise sources. Noise in linear two-ports. MOSFET noise. Submicron and nanometer technologies: submicron effects in MOSFET and device scaling. Fundamentals of radio-frequency integrated circuit design: design of amplifiers by scattering parameters, design of Low-Noise Amplifiers (LNA). Varactors, voltage-controlled oscillators and mixers.


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DELL'ESAME DEVELOPMENT OF THE EXAMINATION
Modalità di valutazione dell'apprendimento.

L'esame consiste in una prova orale, articolata in tre quesiti riguardanti le tematiche trattate nel corso, che sono: la fisica dei semiconduttori, il funzionamento fisico e i modelli dei dispositivi a semiconduttore, le tecniche di base per il progetto di circuiti integrati a radiofrequenza in tecnologie CMOS submicrometriche. Se necessario, i quesiti la cui risposta richiede l'esecuzione di brevi calcoli, saranno svolti in forma scritta contestualmente alla prova orale.


Criteri di valutazione dell'apprendimento.

Lo studente dovrà dimostrare, discutendo i quesiti posti dal docente, di possedere le conoscenze e gli strumenti analitici necessari a descrivere il funzionamento dei dispositivi a semiconduttore, di saperli applicare per derivare i modelli dei dispositivi nelle varie condizioni di funzionamento e per analizzare le problematiche di scaling nelle moderne tecnologie submicrometriche e nanometriche. Dovrà inoltre dimostrare di conoscere e saper utilizzare i modelli dei dispositivi e di possedere le competenze per la progettazione dei fondamentali circuiti a radiofrequenza. Per superare con esito positivo la prova orale lo studente dovrà dimostrare di avere ben compreso i contenuti dell'insegnamento, esposti in maniera sufficientemente corretta con l'utilizzo di adeguata terminologia tecnico-scientifica. La valutazione massima verrà conseguita dimostrando una conoscenza approfondita dei contenuti dell'insegnamento, esposta con completa padronanza del linguaggio tecnico-scientifico.


Criteri di misurazione dell'apprendimento.

Ad ognuno dei quesiti, posti durante la prova orale, è assegnato un punteggio tra zero e trenta. Il voto complessivo, in trentesimi, è dato dalla media dei voti ottenuti nei quesiti.


Criteri di attribuzione del voto finale.

Perché l'esito finale della valutazione sia positivo, lo studente dovrà conseguire la sufficienza, pari a diciotto punti, in ognuno dei quesiti, che corrisponde a possedere un bagaglio completo degli argomenti del corso. La valutazione massima sarà raggiunta dimostrando una conoscenza approfondita dei contenuti del corso. La lode verrà attribuita agli studenti, che avendo conseguito la valutazione massima, abbiano dimostrato una completa padronanza della materia e una particolare brillantezza espositiva.


Learning Evaluation Methods.

The examination consists of an oral test, structured into three questions regarding the main topics covered by the course, that are: the physics of semiconductors, the physical operation and the models of semiconductor devices, the basic design techniques for radio frequency integrated circuits in submicron CMOS technologies. If necessary, the questions whose answer requires the execution of short calculations, will be carried out in written form during the oral test.


Learning Evaluation Criteria.

The student must demonstrate, discussing the questions posed by the teacher, to possess the knowledge and the analytical tools necessary to describe the physical operation of semiconductor devices, to be able to apply them to derive the device models in all the operating conditions and to analyze the scaling issues in modern submicrometer and nanometer technologies. The student must also demonstrate to know and be able to use device models and possess the methodological skills to design basic radio-frequency circuits. In order to pass the oral test with a positive evaluation, the student must demonstrate to have well understood the contents of the course, that must be presented in a sufficiently correct manner with the use of an adequate technical and scientific terminology. The highest mark is achieved by demonstrating an in-depth knowledge of the contents of the course, that must be presented with a complete mastery of the technical-scientific language.


Learning Measurement Criteria.

For each question, posed during the oral test, it is assigned a mark between zero and thirty. The final mark, that is expressed in thirtieths, is the average of the marks obtained in the questions.


Final Mark Allocation Criteria.

In order that the final outcome of the evaluation is positive, the student must achieve the pass mark, equal to eighteen points, in each of the questions, which corresponds to possess an overall knowledge of the contents of the course. The highest mark will be achieved by demonstrating an in-depth knowledge of the contents. The honours will be given to the students who, having achieved the highest mark, have demonstrated a complete mastery of the subject and a particular brilliance of exposition.



TESTI CONSIGLIATI RECOMMENDED READING

- S.M. Sze, K. K. Ng, "Physics of Semiconductor Devices 3rd edition", John Wiley and Sons, Inc. 2007.
- G.Ghione, "Dispositivi per la Microelettronica", McGraw-Hill.
- R.S. Muller, T.I. Kamins,"Device electronics for Integrated Circuits", John Wiley and Sons, Inc. 2003.
- T.H. Lee, "The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits", Cambridge University Press, 2004.
- G.D. Vendelin, A.M. Pavio, U.L. Rhode, "Microwave Circuit Design using Linear and Nonlinear Techniques", John Wiley and Sons, Inc. 2005, 1990.
- Materiale didattico disponibile all'interno del learning management system di ateneo: https://learn.univpm.it/course/view.php?id=7823

- S.M. Sze, K. K. Ng , "Physics of Semiconductor Devices 3rd edition", John Wiley and Sons, Inc. 2007.
- G. Ghione, "Dispositivi per la Microelettronica", McGraw-Hill.
- R.S. Muller, T.I. Kamins, "Device Electronics for Integrated Circuits", John Wiley and Sons, Inc. 2003.
- T.H. Lee, "The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits", Cambridge University Press, 2004.
- G.D. Vendelin, A.M. Pavio, U.L. Rhode, "Microwave Circuit Design using Linear and Nonlinear Techniques", John Wiley and Sons, Inc. 2005, 1990.
- Materials available on the University learning management system:
https://learn.univpm.it/course/view.php?id=7823


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Scheda insegnamento erogato nell’A.A. 2018-2019
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento.
Academic year 2018-2019

 


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