Antonio DI BARTOLOMEO | NANOELETTRONICA
Antonio DI BARTOLOMEO NANOELETTRONICA
cod. 0522600055
NANOELETTRONICA
| 0522600055 | |
| DIPARTIMENTO DI FISICA "E.R. CAIANIELLO" | |
| CORSO DI LAUREA MAGISTRALE | |
| FISICA | |
| 2024/2025 |
| ANNO CORSO 2 | |
| ANNO ORDINAMENTO 2021 | |
| PRIMO SEMESTRE |
| SSD | CFU | ORE | ATTIVITÀ | |
|---|---|---|---|---|
| FIS/01 | 5 | 40 | LEZIONE | |
| FIS/01 | 1 | 12 | LABORATORIO |
| 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 ALTRI 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 VALUTARE O 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 E LABORATORIO (52 H): BBANDE DI ENERGIA E PORTATORI DI CARICA ALL’EQUILIBRIO TERMICO (5H) MATERIALI SEMICONDUTTORI. STRUTTURE CRISTALLINE DI BASE. BANDE ENERGETICHE. DONATORI E ACCETTORI. DOPING ALLA NANOSCALA. DOPING DEGENERE. ALTERNATIVE AL DOPING DA IMPURITÀ. FUNZIONE DI FERMI. DENSITÀ DEGLI STATI. CONCENTRAZIONE DEI PORTATORI DI CARICA. FLUSSO DI CORRENTE (6H) TRASPORTO CLASSICO. DERIVA E DIFFUSIONE. MECCANISMI DI SCATTERING. EQUAZIONE DEL TRASPORTO DI BOLTZMANN. GENERAZIONE E RICOMBINAZIONE. EQUAZIONE DI CONTINUITÀ. TUNNEL. EMISSIONE DI CAMPO. EFFETTI AD ALTO CAMPO. TRASPORTO QUANTISTICO. FORMALISMO DI LANDAUER. TRASPORTO MULTIMODALE. CONDUTTANZA QUANTISTICA. EFFETTO DELLO SCATTERING. SEMICONDUTTORI A BASSA DIMENSIONE (2H) GRAFENE E SEMICONDUTTORI COMPOSTI BIDIMENSIONALI. NANOFILI. NANOTUBI DI CARBONIO. PUNTI QUANTISTICI. PROPRIETÀ STRUTTURALI. STRUTTURE A BANDA. PROPRIETÀ ELETTRICHE ED OTTICHE. ECCITONI. ETEROSTRUTTURE DI VAN-DER-WAALS. ETEROGIUNZIONI (5H) CONTATTI METALLO-SEMICONDUTTORE. BARRIERA SCHOTTKY. PINNING DEL LIVELLO FERMI. DEPINNING DEL LIVELLO FERMI. PROCESSI DI TRASPORTO DI CORRENTE. TEORIA DELL'EMISSIONE TERMIONICA. CONTATTI OHMICI. LUNGHEZZA DI TRASFERIMENTO DEI CONTATTI. ETEROSTRUTTURE. ETEROEPITASSIA. LIVELLI ENERGETICI NELLE ETEROSTRUTTURE. SUPERRETICOLI. STRUTTURA MOS (4H) CONDENSATORE METALLO-OSSIDO-SEMICONDUTTORE (MOS). CAPACITÀ DI SVUOTAMENTO. CAPACITÀ DEGLI STATI DI INTERFACCIA. CAPACITA’ DELLA DENSITÀ DI STATI O CAPACITÀ QUANTISTICA. CAPACITÀ DI ACCUMULO. SOGLIA DI TENSIONE. CARATTERISTICHE CV. EFFETTI QUANTISTICI SULLE CARATTERISTICHE C-V DEL MOS. TRANSISTOR MOS AD EFFETTO DI CAMPO (6H) PRINCIPI OPERATIVI: APPROSSIMAZIONE A CANALE GRADUALE. NANOTRANSISTOR CON TRASPORTO BALISTICO. MOSFET. MODELLO TOP OF THE BARRIER. STATO OFF. STATO ON. IMPATTO DELLO SCATTERING. PRESTAZIONI DEL MOSFET. ELETTROSTATICA. EFFETTI DI SCALA ED EFFETTI DI CANALE CORTO. TRANSISTOR A EFFETTO DI CAMPO CON CORPO ULTRASOTTILE. FINFET A DOPPIA GATE. FET A MULTIGATE CON NANOSTRATI E NANOFILI. TUNNELING ATTRAVERSO IL DIELETTRICO DI GATE. TUNNELING DIRETTO SOURCE-DRAIN. CIRCUITI CMOS E MEMORIE (2H) CIRCUITI MOSFET COMPLEMENTARI (CMOS). MEMORIE STATICHE E DINAMICHE SRAM E DRAM. DISPOSITIVI DI MEMORIA NON VOLATILE. MEMORIE RESISTIVE AD ACCESSO CASUALE (RRAM). TRANSISTOR A EFFETTO DI CAMPO CON SOURCE-DRAIN METALLICO (3H) PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DEGLI SB-MOSFETS. MOSFET SB CON CORPO ULTRASOTTILE. CARATTERISTICHE DI USCITA. ABBASSAMENTO DELLA BARRIERA SCHOTTKY CON SEGREGAZIONE DEL DROGANTE. DIPENDENZA DALLA TEMPERATURA. INGEGNERIA DI INTERFACCIA CON STRATI DI DEPINNIG. DISPOSITIVI RICONFIGURABILI. POSIZIONE DEL GATE DI PROGRAMMA. TRANSISTOR STEEP-SLOPE (2H) TRANSISTOR AD EFFETTO DI CAMPO CON TUNNEL BANDA-BANDA. PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DEI TFETS — STATI OFF ED ON. OTTIMIZZAZIONE DEL TFET. TRANSISTOR AD EFFETTO DI CAMPO A IONIZZAZIONE D'IMPATTO. FETS CON CAPACITÀ NEGATIVA. DISPOSITIVI A QUANTUM DOT (7H) SISTEMI ELETTRONICI ZERO-DIMENSIONALI. PUNTO QUANTICO SEMICONDUTTORE. BLOCCAGGIO DI COULOMB. GIUNZIONI TUNNEL. TRANSISTOR A SINGOLO ELETTRONE. MODELLI DI TRANSISTORI A SINGOLO ELETTRONE. LOGICA CON TRANSISTOR A SINGOLO ELETTRONE. ELEMENTI DI ELETTRONICA QUANTISTICA. AUTOMI CELLULARI A QUANTUM-DOT. QUBIT. COSTRUZIONE DI PORTE QUANTISTICHE. DISPOSITIVI BASATI SU MATERIALI BIDIMENSIONALI (2H) FET AL GRAFENE. CONTATTI. FETS A NANORIBBON DI GRAFENE. BISTRATI DI GRAFENE. DICALCOGENURI DEI METALLI DI TRANSIZIONE. TMDC-FETS RICONFIGURABILI CON STRUTTURE A TRIPLICE GATE. ETEROSTRUZIONI DI VAN DER WAALS. ELETTRONICA CRIOGENICA (2H) MOSFET A TEMPERATURE CRIOGENICHE. COMPORTAMENTO DI COMMUTAZIONE DEI MOSFET CRIOGENICI. SOPPRESSIONE DEL BAND-TAILING. OTTIMIZZAZIONE DELLA COMMUTAZIONE DEI MOSFET CRIOGENICI. SCALABILITÀ DEI MOSFET CRIOGENICI. DROGAGGIO NEI MOSFET CRIOGENICI. DISPOSITIVI OPTOELETTRONICI (4H) FOTOCATALISI. FOTOCONDUTTORI. FOTODIODI. CELLE SOLARI. GRANDEZZE RADIOMETRICHE E FOTOMETRICHE. DIODI EMETTITORI DI LUCE. LASER. TECNOLOGIA DI FABBRICAZIONE DEI DISPOSITIVI (2 ORE) OSSIDAZIONE. LITOGRAFIA. INCISIONE A TRASFERIMENTO DEL PATTERN. DROGAGGIO. DIFFUSIONE DEL DROGANTE. DEPOSIZIONE A FILM SOTTILE. INTERCONNESSIONI. TECNICHE DI FABBRICAZIONE DI NANOSTRUTTURE. FLUSSO DEL 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 UNA CONOSCENZA SUFFICIENTE DEL FUNZIONAMENTO DEI DIVERSI DISPOSITIVI TRATTATI MA PRESENTA QUALCHE IMPRECISIONE O INCOMPLETEZZA NELL'ESPOSIZIONE O NELLA FORMULAZIONE MATEMATICA DEI FENOMENI DISCUSSI. 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: J. KNOCH: NANOELECTRONICS, 2A ED, 2024, DE GRUYTER, BERLIN, GERMANY G.W. HANSON: FUNDAMENTAL OF NANOELECTRONICS, 2008, PEARSON EDUCATION, HOBOKEN, NJ 07030, USA M. GRUNDMANN: THE PHYSICS OF SEMICONDUCTORS - AN INTRODUCTION INCLUDING NANOPHYSICS AND APPLICATIONS, FOURTH EDITION, 2022, SPRINGER, SWITZERLAND B.G. PARK, S.W. HUANG, Y.J. PARK: NANOELECTRONIC DEVICES, 2012, JENNY STANFORD PUBLISHING, SINGAPORE M. LUNDSTROM: FUNDAMENTALS OF NANOTRANSISTORS, 2017, WORLD SCIENTIFIC, SINGAPORE S. M. SZE, M.-K. LEE: SEMICONDUCTOR DEVICES: PHYSICS AND TECHNOLOGY, 4TH EDITION, 2021, WILEY V.K. KHANNA: INTRODUCTORY NANOELECTRONICS - PHYSICAL THEORY AND DEVICE ANALYSIS, CRC PRESS, 2021, BOCA RATON |
| Altre Informazioni | |
|---|---|
| IL DOCENTE È SEMPRE DISPONIBILE PER INFORMAZIONI O DISCUSSIONI SUI CONTENUTI DEL CORSO. E-MAIL: ADIBARTOLOMEO@UNISA.IT |
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