Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 1

La conduzione nei semiconduttori

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 2

3

La conduzione nei semiconduttori

Proprietà elettriche nei materiali

Concentrazioni di carica libera all’equilibrio

Correnti nei semiconduttori

Modello matematico

Proprietà elettriche nei materiali

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 3

5

Proprietà elettriche nei materiali

Obiettivi e organizzazione del modulo

Materiale didattico e prerequisiti

Classificazione dei materiali e conducibilità

La struttura cristallina

Teoria delle bande di energia permesse

Semiconduttori intrinseci e drogati

6

Obiettivi del modulo

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 4

7

Obiettivi del modulo

8

Obiettivi del modulo

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 5

9

Organizzazione di ogni Unità

10

Organizzazione del modulo

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 6

11

Organizzazione del modulo

12

Organizzazione del modulo

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 7

13

Organizzazione del modulo

14

Organizzazione del modulo

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 8

Proprietà elettriche nei materiali

16

Proprietà elettriche nei materiali

Obiettivi e organizzazione del modulo

Materiale didattico e prerequisiti

Classificazione dei materiali e conducibilità

La struttura cristallina

Teoria delle bande di energia permesse

Semiconduttori intrinseci e drogati

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 9

17

Materiale didattico

“Dispositivi per la microelettronica”di Giovanni GhioneMcGraw-Hill, 1998

“Dispositivi a semiconduttore”di Simon SzeBSH Hoepli, 1991

18

Materiale didattico

“Microelettronica”, II ed., vol. 1di Richard C. Jaeger e Travis N. BlalockMcGraw-Hill, 2005

Altri testi:

“Dispositivi e tecnologie elettroniche”di F. Bonani, S. Donati, G. Masera, G. PiccininiCLUT, Torino, 2006

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 10

19

Prerequisiti generali del modulo

Circuiti elettronicianalisi in continua dei circuiti linearianalisi di piccolo segnale

Fisicaelettrostaticaelementi di struttura della materia

Informaticaalgebra di Booleelementi di aritmetica binariaporte logiche e funzioni logiche elementari

20

Obiettivi dell’Unità

Comprensione delle proprietà elettriche dei materiali

Valutazione della concentrazione dei portatori liberi

Meccanismi di conduzione e valutazione delle correnti

Sviluppo e applicazione del modello matematico dei semiconduttori

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 11

21

Prerequisiti per l’Unità

Caratteristiche dei materiali conduttori e isolanti

La conducibilità elettrica

Legge di Ohm

Calcolo integrale e differenziale

Equazioni differenziali

22

Obiettivi della lezione

Proprietà fondamentali dei materiali semiconduttori

Modelli di descrizione del comportamento dei semiconduttori

Calcolo della concentrazione dei portatori liberi nei semiconduttori intrinseci

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 12

23

Riferimenti bibliografici per la lezione

“Dispositivi per la microelettronica”di Giovanni GhioneMcGraw-Hill, 1998

capitolo 2 e 3

Proprietà elettriche nei materiali

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 13

25

Proprietà elettriche nei materiali

Obiettivi e organizzazione del modulo

Materiale didattico e prerequisiti

Classificazione dei materiali e conducibilità

La struttura cristallina

Teoria delle bande di energia permesse

Semiconduttori intrinseci e drogati

26

Classificazione

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 14

27

Classificazione

28

Esempi di materiali

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 15

29

Modello semiclassico

30

Modello semiclassico

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 16

31

Modello semiclassico

Proprietà elettriche nei materiali

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 17

33

Proprietà elettriche nei materiali

Obiettivi e organizzazione del modulo

Materiale didattico e prerequisiti

Classificazione dei materiali e conducibilità

La struttura cristallina

Teoria delle bande di energia permesse

Semiconduttori intrinseci e drogati

34

Modello semiclassico

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 18

35

Struttura cristallina

36

Struttura cristallina

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 19

37

Struttura cristallina

Proprietà elettriche nei materiali

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 20

39

Proprietà elettriche nei materiali

Obiettivi e organizzazione del modulo

Materiale didattico e prerequisiti

Classificazione dei materiali e conducibilità

La struttura cristallina

Teoria delle bande di energia permesse

Semiconduttori intrinseci e drogati

40

I semiconduttori

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 21

41

Modello di Shockley

42

Modello di Shockley

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 22

43

Lacune

44

Struttura a bande

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 23

Proprietà elettriche nei materiali

46

Proprietà elettriche nei materiali

Obiettivi e organizzazione del modulo

Materiale didattico e prerequisiti

Classificazione dei materiali e conducibilità

La struttura cristallina

Teoria delle bande di energia permesse

Semiconduttori intrinseci e drogati

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 24

47

Generazione e ricombinazione

48

Generazione e ricombinazione

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 25

49

Generazione e ricombinazione

50

Concentrazione intrinseca

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 26

51

Dipendenza dalla temperatura

52

Semiconduttore drogato

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 27

53

Semiconduttore tipo n

54

Semiconduttore tipo p

Dispositivi e Circuiti Elettronici Proprietà elettriche nei materiali

© 2006 Politecnico di Torino 28

55

Atomi droganti

56

Sommario della lezione

Obiettivi e organizzazione del modulo

Materiale didattico e prerequisiti

Classificazione dei materiali e conducibilità

La struttura cristallina

Teoria delle bande di energia permesse

Semiconduttori intrinseci e drogati