TECNOLOGIE ELETTRONICHE
cod. 1002550

Anno accademico 2013/14
1° anno di corso - Primo semestre
Docente
Settore scientifico disciplinare
Elettronica (ING-INF/01)
Field
A scelta dello studente
Tipologia attività formativa
A scelta dello studente
42 ore
di attività frontali
6 crediti
sede:
insegnamento
in - - -

Obiettivi formativi

1.CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Un primo obiettivo del corso è di fornire allo studente la conoscenza dei principali passi tecnologici per la fabbricazione di dispositivi elettronici ed optoelettronici utilizzati in un ampio spettro di applicazioni, dotandolo così degli strumenti per la comprensione della gran parte dei processi realizzativi dei dispositivi per l’elettronica, evidenziando come le scelte tecnologiche condizionino le prestazioni finali dei dispositivi, con particolare attenzione:
• all’analisi dei limiti delle soluzioni tecnologiche e al loro impatto sulle prestazioni finali dei dispositivi elettronici;
• ai concetti di miniaturizzazione ed integrazione ed ai problemi di funzionamento ad essi legati;
• allo studio dello stato dell’arte dei MOSFET, memorie, e linee d’interconnessione che verranno analizzati in termini di materiali, tecnologie, tecniche di processo;
• ai principi base di funzionamento di dispositivi alternativi al tradizionale CMOS realizzato con processo planare, es. FINFET, Strained Silicon, ecc.;
• allo studio e confronto tra le principali tecnologie per la realizzazione di celle solari.
Un secondo obiettivo è quello far conoscere allo studente alcune applicazioni a livello di sistema :
• per catturare energia dall’ambiente e per trasformarla in energia elettrica (Energy Harvesting) e
• per generare, trasmettere ed immagazzinare energia nelle reti elettriche intelligenti (Smart Grids),
con particolare attenzione alla modalità di produzione ed accumulo dell’energia, ed alla comprensione delle principali problematiche ad esse legate.


2.CAPACITA’ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE . La formazione si estende anche alla conoscenza e all’utilizzo pratico di strumenti CAD per la progettazione a livello di dispositivo dei componenti elettronici. In particolare lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze e comprensione acquisite per:
• simulare il funzionamento termico e/o elettrico e/o ottico di un dispositivo elettronico;
• analizzare l’impatto dei diversi fattori, quali geometria, drogaggi, scelta dei materiali ecc., sulla prestazioni del dispositivo;
• definire criteri progettuali per la realizzazione di dispositivi elettronici ottimizzati dal punto di vista delle prestazioni richieste.

Prerequisiti

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Contenuti dell'insegnamento

I) Processo planare su silicio: si analizzano i vari passi del processo planare su silicio evidenziandone i limiti e le possibilità di miglioramento, applicando poi tali concetti ad alcuni importanti processi (es. processo CMOS).
II) I concetti di miniaturizzazione, integrazione e time to market vengono analizzati a partire dalle ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors), con particolare attenzione ai dispositivi MOSFET, alle memorie, e alle linee d’interconnessione che verranno analizzati in termini di materiali, tecnologie, tecniche di processo e nuove strutture.
III) Moduli fotovoltaici: si analizzano alcune delle più importanti celle fotovoltaiche, con particolare attenzione alle celle solari su Silicio e a film sottile.
IV) Smart-grids: componenti fondamentali e principali tecnologie per la generazione e l'accumulo distribuiti di energia nella rete elettrica intelligente.
V) Si analizzano alcune tecniche, tecnologie e applicazioni per il recupero e l’immagazzinamento d’energia dall’ambiente (energy harvesting).
VI) Si prevede l’utilizzo di strumenti CAD (esperienze di laboratorio) per l’analisi e la progettazione di alcuni dispositivi trattati nel corso (es. progetto di celle solari).

Programma esteso

I) Processo planare su silicio:
Crescita del wafer di Silicio ;
Ossidazione;
Litografia;
Drogaggio: Diffusione ed impiantazione ionica;
Tecniche di crescita epitassiale;
Tecniche di deposizione di dielettrici e materiali conduttori;
Tecniche di attacco;
Packaging.
II) Miniaturizzazione, integrazione e time to market:
 Scaling ideale e reale;
 Effetti di canale corto: soluzioni tecnologiche e architetturali.
 Processi tecnologici: NMOSFET, CMOS, BJT, SOI.
III) Moduli fotovoltaici:
 Celle solari in silicio monocristallino, policristallino ed amorfo.
 Celle solari film sottile: tecnologie su CIGS e CdTe.
 Celle solari multi giunzione realizzate con semiconduttori III-V.

IV) Energy harvesting: da vibrazioni, energia solare, piezoelettricità.
V) Smart-grids: definizioni, componenti fondamentali, integrazione di fonti rinnovabili, accumulo d’energia.
VI) Utilizzo del software Synopsys-Sentaurus per l’analisi e la progettazione di dispositivi elettronici.

Bibliografia

1) S.M.Sze, "ULSI technology", Mcgraw hill, 1996
2) S.M.Sze, "VLSI technology", McGraw-Hill Book Co., 1983
3) G. Soncini, "Tecnologie microelettroniche", Boringhieri, 1986.
4) T. J. Kazmierski, S. Beeby, “Energy Harvesting Systems”, Springer, 2011.
5) J. Momoh, “Smart Grid: fundamentals of design and analysis”, Wiley, 2012.

Metodi didattici

Il corso è organizzato in lezioni orali nelle quali saranno spiegati gli argomenti indicati nel programma. Sono previste alcune lezioni dedicate ad esercitazioni per il dimensionamento dei principali processi tecnologici introdotti nella parte teorica, e svolte alla lavagna dal docente. E’ prevista attività di laboratorio che consisterà nell’utilizzo di uno software di progettazione CAD per la simulazione del comportamento termico e/o elettrico e/o ottico di un dispositivo elettronico.

Modalità verifica apprendimento

La prova d’esame è orale e verterà sulla verifica delle conoscenza e comprensione da parte dello studente degli argomenti spiegati nel corso. In aggiunta è prevista una breve relazione (di massimo 10 pagine) sul progetto svolto in laboratorio, e relativo alla simulazione di un dispositivo elettronico scelto dal docente: tale attività può essere svolta singolarmente o in piccoli gruppi (composti al massimo da tre studenti) a scelta da parte degli studenti stessi. La relazione dovrà contenere un’analisi critica dei risultati ottenuti. Non sono previste prove in itinere.

Altre informazioni

Materiale didattico di supporto alle lezioni preparato dal docente sotto forma di slides è disponibile sulle pagine del corso ed accessibile dal sito lea.unipr.it, ed è scaricabile dagli studenti previa registrazione.