Course Syllabus

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Il corso fornirà una comprensione teorica e pratica della fisica e della tecnologia dei moderni dispositivi a semiconduttore. Partendo dai dispositivi elettronici puri, inclusi diodi e transistor, il corso si estenderà ai dispositivi optoelettronici, ai LED, ai laser e ai fotorivelatori, e infine agli elettrodi semiconduttori funzionali per il rilevamento di biosensori e ioni, la generazione di idrogeno solare e le celle a combustibile fotovoltaico. Oltre alle lezioni frontali, il corso include due attività di laboratorio dedicate alla caratterizzazione e alla simulazione di dispositivi principalmente elettronici.
Alla fine del corso, gli studenti acquisiranno una solida conoscenza e comprensione dei concetti fondamentali della fisica dei semiconduttori applicati alle funzionalità specifiche di dispositivi elettronici, optoelettronici e fotoelettrochimici. Gli studenti saranno in grado di valutare i limiti delle attuali architetture di dispositivi e delle tecnologie di fabbricazione. Gli studenti svilupperanno strategie efficienti per la risoluzione dei problemi e rafforzeranno le competenze per l'apprendimento continuo affrontando collettivamente esercizi dedicati.

Fisica e applicazioni dei dispositivi elettronici convenzionali, dei dispositivi optoelettronici e dei dispositivi emergenti basati su elettrodi funzionali per dispositivi fotoelettrochimici.

LEZIONI

  1. p-n junctions

  2. Metal-semiconductor junctions

  3. Bipolar transistors

  4. Field-effect transistors

  5. Heterojunction devices

  6. LEDs and lasers

  7. Photodetectors and solar cells

  8. Bio- and ion sensors

  9. Solar hydrogen and photofuel cells

LABORATORIO

  1. Introduction to the experimental techniques and set-ups

  2. Semiconductor-metal contacts: ohmic and Schottky contacts. Zener diode

  3. BJT: I-V

  4. MOS: C-V (doping profile, defects, high-k -EOT)

  5. MOSFET: I-V, C-V

  6. Introduction to TCAD

  7. Surviving to Linux

  8. Building up the device: SSE

  9. Practice: Zener diode / MOSFET / Bipolar

  10. Hints on discretization

  11. Meshing the device: SSE/SNMESH

  12. Practice: Zener diode / MOSFET / Bipolar

  13. Solving the device: SDevice 3h

  14. Visualizing results: SVisual 1h

  15. Practice: simulated device characterization

Fisica dello stato solido e fisica dei semiconduttori.

Il corso prevede lezioni in aula e una parte di laboratorio dedicata alla caratterizzazione e simulazione elettrica.
In particolare:
a) 16 lezioni frontali di due ore ciascuna, in presenza, Didattica Erogativa
b) 4 esercitazioni pratiche di quattro ore ciascuna (laboratorio), in presenza, Didattica Interattiva

  • M. Shur, Physics of Semiconductor Devices, Prentice Hall

  • D. Neaman, Semiconductor Physics and Devices, McGraw Hill

  • S.M. Sze, Physics of Semiconductor devices, J. Wiley

  • Note del corso

  • Slides del corso

I semestre

L'esame consiste di un orale, per la parte di lezioni, e della discussione relazione di laborratorio.
esame orale, gli studenti dovranno dimostrare di avere familiarità con i principi fondamentali dei vari dispositivi a semiconduttore, con la fisica sottostante e con le modalità con cui le funzioni di questi dispositivi possono essere simulate e analizzate sperimentalmente. L'esame consiste in due o tre domande su diversi argomenti del corso, che dovranno essere discussi sulla base di schemi elettrici, equazioni e dati numerici. Lo studente può scegliere il primo argomento e dovrà consegnare la relazione sulle attività di laboratorio almeno cinque giorni prima dell'esame. Verranno valutate le competenze negli aspetti qualitativi e quantitativi del funzionamento dei dispositivi, tenendo conto della comprensione fisica e del relativo formalismo teorico. La parte sperimentale sarà valutata tramite la discussione della relazione finale di laboratorio.

Su appuntamento

ISTRUZIONE DI QUALITÁ | ENERGIA PULITA E ACCESSIBILE | IMPRESE, INNOVAZIONE E INFRASTRUTTURE
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The course will provide theoretical and practical understanding of the physics and technology of modern semiconductor devices. Starting from pure electronic devices, including diodes and transistors, the course will extend to opto-electronic devices, LEDs, lasers and photodetectors, and finally to functional semiconductor electrodes for bio- and ion sensing, solar hydrogen generation and photofuel cells. In addition to the lectures the course includes two laboratory activities dedicated to the characterization and simulation of mainly electronic devices.
At the end of the course the students will acquire a solid knowledge and understanding of basic semiconductor physics concepts applied to specific electronic, optoelectronic and photoelectrochemical device functionalities. The students will be able to evaluate the limits of current device architectures and fabrication technologies. The students will develop efficient problem solving strategies and strengthen continued learning skills by collectively treating dedicated exercises.

The physics and applications of conventional electronic devices, of opto-electronic devices and of emerging devices based on functional electrodes for photoelectrochemical devices.

LECTURES

  1. p-n junctions

  2. Metal-semiconductor junctions

  3. Bipolar transistors

  4. Field-effect transistors

  5. Heterojunction devices

  6. LEDs and lasers

  7. Photodetectors and solar cells

  8. Bio- and ion sensors

  9. Solar hydrogen and photofuel cells

LABORATORY

  1. Introduction to the experimental techniques and set-ups

  2. Semiconductor-metal contacts: ohmic and Schottky contacts. Zener diode

  3. BJT: I-V

  4. MOS: C-V (doping profile, defects, high-k -EOT)

  5. MOSFET: I-V, C-V

  6. Introduction to TCAD

  7. Surviving to Linux

  8. Building up the device: SSE

  9. Practice: Zener diode / MOSFET / Bipolar

  10. Hints on discretization

  11. Meshing the device: SSE/SNMESH

  12. Practice: Zener diode / MOSFET / Bipolar

  13. Solving the device: SDevice 3h

  14. Visualizing results: SVisual 1h

  15. Practice: simulated device characterization

Solid State Physics and Physics of Semiconductors.

The course comprises lectures in the classroom and a laboratory part dedicated to electrical characterization and simulation.
In particular:
a) 16 two-hour lectures, in person, Delivered Didactics
b) 4 four-hour practical classes (lab), in person, Interactive Teaching

  • M. Shur, Physics of Semiconductor Devices, Prentice Hall

  • D. Neaman, Semiconductor Physics and Devices, McGraw Hill

  • S.M. Sze, Physics of Semiconductor devices, J. Wiley

  • Notes from the teachers

  • Slides of the lectures on the e-learning platform

Ist Semester

In an oral exam students must demonstrate that they are familar with the fundamental principles of the various semiconductor devices and the underlying physics and how the functions of these devices can be simulated and experimentally analyzed. The exam consists of two or three questions on different topics of the course which have to be discussed based on schematic drawings, equations and numerical data. The student may choose the first topic and must submit the lab activity report at least five days before the exam. Proficiency in qualitative and quantitative aspects of device functioning will be evaluated, considering the physical understanding and related theoretical formalism. The experimental part will be assessed by discussing the final laboratory report.

On request

QUALITY EDUCATION | AFFORDABLE AND CLEAN ENERGY | INDUSTRY, INNOVATION AND INFRASTRUCTURE
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Key information

Field of research
ING-IND/22
ECTS
6
Term
First semester
Activity type
Mandatory to be chosen
Course Length (Hours)
58
Degree Course Type
2-year Master Degreee
Language
English

Staff

    Teacher

  • RN
    Richard Noetzel

Students' opinion

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Bibliography

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Enrolment methods

Manual enrolments

Sustainable Development Goals

QUALITY EDUCATION - Ensure inclusive and equitable quality education and promote lifelong learning opportunities for all
AFFORDABLE AND CLEAN ENERGY - Ensure access to affordable, reliable, sustainable and modern energy for all
INDUSTRY, INNOVATION AND INFRASTRUCTURE - Build resilient infrastructure, promote inclusive and sustainable industrialization and foster innovation