Il corso si propone di fornire agli studenti e alle studentesse le seguenti competenze: D1. Conoscenza e capacità di comprensione. Conoscere i principi di funzionamento, le caratteristiche principali e le prestazioni dei circuiti elettronici e dei dispositivi a semiconduzione. D2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Utilizzare la conoscenza dei semiconduttori per comprendere come i dispositivi funzionano e si comportano in diverse condizioni. D3. Autonomia di giudizio. Saper valutare l’opportunita’ di utilizzare una certa misura per estrapolare determinate caratteristiche del dispositivo. D4. Abilità comunicative. Saper presentare e discutere le caratteristiche e il comportamento dei circuiti elettronici e dei dispositivi a semiconduzione. D5. Capacità di apprendimento Essere in grado di utilizzare le nozioni apprese nel corso per l’interpertazione dei risultati sperimentali.

Conoscenze generali di elettromagnetismo

L’insegnamento ha l’obiettivo principale di trattare le proprietà fisiche dei dispositivi elettronici, con particolare riguardo alla loro applicazione nella strumentazione per la fisica. Il corso richiama gli elementi fondamentali costitutivi dei circuiti elettronici e introduce agli strumenti di analisi dei circuiti e di trattamento del segnale; introduce i circuiti lineari e gli amplificatori; tratta la fisica dei materiali semiconduttori e il principio di funzionamento dispositivi a semiconduzione, la struttura e le caratteristiche di diodi e transistor; introduce alcune applicazioni di tali dispositivi nella fisica. Il corso prevede di dedicare circa meta' delle lezioni alla trattazione teorica degli argomenti, e la restante meta' alla loro sperimentazione pratica in laboratorio. Il corso completa ed estende le conoscenze acquisite nei corsi di elettromagnetismo e prepara gli studenti e le studentesse alla comprensione e all’utilizzo della strumentazione elettronica usata nei vari campi della fisica. Programma dettagliato: Circuiti elettronici: quantità fondamentali, segnali, circuiti RC, filtri, diodi, amplificatori operazionali. Fisica dei materiali semiconduttori: teoria delle bande energetiche, drogaggio, portatori liberi, deriva e diffusione delle cariche. Giunzione pn: meccanismo di funzionamento all’equilibrio, polarizzazione diretta e inversa, correnti di portatori, fenomeno di rottura, curve caratteristiche I-V e C-V del diodo. Transistori bipolari a giunzione; principio di funzionamento; equazioni di corrente; guadagno di corrente; caratteristiche corrente-tensione; effetto Early. Transistore a effetto di campo a giunzione (JFET): principio di funzionamento e struttura, grandezze caratteristiche, condizioni operative. Contatto Metallo-Semiconduttore (MS) e struttura Metallo-Ossido-Semiconduttore (MOS): meccanismo e condizioni di funzionamento, relazioni da grandezze caratteristiche, comportamento del MOS ideale e non ideale. Transistore MOSFET: struttura fisica; formazione del canale di conduzione e passaggio di corrente; caratteristiche corrente-tensione; resistenza di uscita.

P. Horowitz, W. Hill: “The art of electronics”, 3a Ediz., Cambridge University Press, 2015

R.S. Muller, T.I. Kamins: "Dispositivi elettronici nei circuiti integrati",
2a Ediz., Bollati Boringhieri, 1993
Edizione originale: “Device electronics for integrated circuits”,
2nd ed., Wiley, 1986,
3rd ed., Wiley, 2002 (with M. Chan)
Robert F. Pierret: “Advanced Semiconductor Fundamentals” (Modular
Series on Solid State Devices)
2nd ed., Prentice-Hall, 2002
D. A. Neamen: “Semiconductor Physics and Devices”, 4a Ediz, McGraw Hill, 2011

L’insegnamento ha l’obiettivo principale di trattare le proprietà fisiche dei dispositivi elettronici, con particolare riguardo alla loro applicazione nella strumentazione per la fisica. Il corso richiama gli elementi fondamentali costitutivi dei circuiti elettronici e introduce agli strumenti di analisi dei circuiti e di trattamento del segnale; introduce i circuiti lineari e gli amplificatori; tratta la fisica dei materiali semiconduttori e il principio di funzionamento dispositivi a semiconduzione, la struttura e le caratteristiche di diodi e transistor; introduce alcune applicazioni di tali dispositivi nella fisica. Il corso completa ed estende le conoscenze acquisite nei corsi di elettromagnetismo e prepara gli studenti e le studentesse alla comprensione e all’utilizzo della strumentazione elettronica usata nei vari campi della fisica. Programma dettagliato: Circuiti elettronici: quantità fondamentali, segnali, circuiti RC, filtri, diodi, amplificatori operazionali. Fisica dei materiali semiconduttori: teoria delle bande energetiche, drogaggio, portatori liberi, deriva e diffusione delle cariche. Giunzione pn: meccanismo di funzionamento all’equilibrio, polarizzazione diretta e inversa, correnti di portatori, fenomeno di rottura, curve caratteristiche I-V e C-V del diodo. Transistori bipolari a giunzione; principio di funzionamento; equazioni di corrente; guadagno di corrente; caratteristiche corrente-tensione; effetto Early. Transistore a effetto di campo a giunzione (JFET): principio di funzionamento e struttura, grandezze caratteristiche, condizioni operative. Contatto Metallo-Semiconduttore (MS) e struttura Metallo-Ossido-Semiconduttore (MOS): meccanismo e condizioni di funzionamento, relazioni da grandezze caratteristiche, comportamento del MOS ideale e non ideale. Transistore MOSFET: struttura fisica; formazione del canale di conduzione e passaggio di corrente; caratteristiche corrente-tensione; resistenza di uscita

Lezioni frontali alla lavagna, supportate da slide e note. Dimostrazioni in laboratorio e misure concrete del funzionamento dei dispositivi descritti a lezione.

Eventuali cambiamenti alle modalità qui descritte, che si rendessero necessari per garantire l'applicazione dei protocolli di sicurezza legati ad eventuali situazioni emergenziali saranno comunicati nel sito web di Dipartimento, del Corso di Studio e dell’insegnamento.

La verifica consiste in un esame orale finale con voto espresso in trentesimi. Nell’esame finale gli studenti e le studentesse dovranno dimostrare di aver appreso nozioni di base sulla fisica di circuiti e dispositivi a semiconduttore e di poter risolvere esercizi che ne coinvolgono le quantita’ caratteristiche. Le misure trattate durante il corso potranno essere oggetto di discussione d’esame. Le modalità di verifica vengono inoltre spiegate nel dettaglio dal docente durante la presentazione del corso nella prima lezione. Le prove d’esame possono svolgersi in lingua italiana o inglese, a scelta dello studente.

Questo insegnamento approfondisce argomenti strettamente connessi a uno o più obiettivi dell’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite