Progettazione Di Dispositivi Micro E Nano Elettronici 2011/2012

Il corso si propone di fornire agli studenti della Laurea Magistrale gli strumenti di analisi, progettazione ed ottimizzazione di dispositivi micro e nanoelettronici elettronici tramite l’utilizzo di CAD. I temi trattati nel corso sono riassunti qui di seguito.

Parte A

• Introduzione e richiami ai semiconduttori con enfasi sulle proprietà elettroniche
• Teoria del trasporto nei semiconduttori: La teoria del trasporto di carica semiclassica, struttura a bande e mobilità, lo spazio delle fasi, L’equazione di Boltzmann, Integrale di collisione, Il metodo dei momenti, l’approssimazione Drift-Diffusion ed Idrodinamica.
• Discretizzazione delle equazioni alle derivate parziali e loro soluzione numerica: Metodo delle differenze finite, metodo degli elementi fini, Rappresentazione matriciale, soluzione numerica.
• Simulatori Drift-Diffusion: Rappresentazione discreta delle equazioni DD,   variabili naturali e di Slotboom, scaling delle equazioni, Metodo di Gummel, Metodo di Newton, Stabilizzazione di Scharfetter- Gummel, condizioni al contorno. Esempi di simulazione DD tramite il software TiberCAD. Cenni ai simulatori idrodinamici
• Simulatori Monte Carlo  :Estrazione di numeri casuali tramite la tecnica diretta e del rigetto. Meccanismi di scattering nei semiconduttori, fononi ottici ed acustici. La simulazione Monte Carlo. Volo libero e interazione di self-scattering, Ensamble Monte Carlo. Esempi di simulazione Monte Carlo di dispositivi elettronici.  Full-Band Monte Carlo.
• Simulazioni di processo: impiantazione ionica, diffusione dei droganti
• Argomenti avanzati: Simulazione quantistica del trasporto di carica, Metodi Particle-in-Cell
• Progetto di Simulazione: Verranno sviluppati dei progetti di simulazione di dispositivi elettronici con l’ausilio del software TiberCad. Verranno svolte delle lezioni per apprende l’utilizzo di tali simulatori e la loro applicazione ai temi del progetto.

Parte B

• MOS e MOSFET: Parametri fondamentali: Inversione, tensione di soglia, etc.
• Scaling MOSFET: Scaling ideale, effetti di canale corto
• Modelli elettrostatici MOSFET 2D e parametri di scala (Modello di Taur)
• Perdita di controllo di gate: DIBL e Vt roll-off; Regole di progettazione
• Delay delle interconnessioni.
• Leakege e ossidi high-K.
• Tecnologie alternative: SOI-MOSFET, DG-MOSFET, FinFET
• Trasporto Quantistico(Balistico): densità di corrente da eq. Schroedinger
• Trasporto balistico in un nanofilo e nei conduttori balistici
• Trasmissione da barriera di potenziale: Impostazione problema con condizioni aperte
• Generalizzazione 3D della corrente di tunneling
• MOSFET balistico
• Trasmissione risonante attraverso doppia barriera: Dispositivi RTD in GaAs      
• Discussione sulla lifetime della risonanza e modello circuitale RLC
• Logica basata su RTD, dispositivo Mobile
• Nanotubi di Carbonio(struttura a bande e bandgap con modello TB). Dispositivi basati su CNT.