ID:
505002
Durata (ore):
76
CFU:
9
SSD:
ELETTRONICA
Anno:
2024
Dati Generali
Periodo di attività
Secondo Semestre (03/03/2025 - 13/06/2025)
Syllabus
Obiettivi Formativi
L'obiettivo principale del corso è fornire agli studenti le conoscenze di base delle tecnologie di produzione dei circuiti monolitici integrati su silicio nonché della strumentazione per la caratterizzazione di circuiti e dispositivi elettronici. Ci si aspetta che, al termine del corso, lo studente abbia appreso le basi delle tecnologie di integrazione monolitica (in particolare dei processi di fabbricazione CMOS) e che sia in grado di valutare l'impatto della tecnologia di integrazione sul progetto e sulle prestazioni dei circuiti integrati e che sia in grado di comprendere le principali specifiche relative alla strumentazione elettronica di misura, di individuare gli aspetti più critici nella loro progettazione e di selezionare lo strumento di misura con le caratteristiche più adatte ad una determinata applicazione. Il corso è pensato per studenti che intendono avviare la propria carriera professionale nei settori relativi alla progettazione, alla produzione, all'applicazione e alla gestione di dispositivi e circuiti integrati e di sistemi ed apparati che includono questo tipo di circuiti, nonché in quelli nei quali sono previsti l'impiego e la progettazione di strumentazione elettronica.
Prerequisiti
Basi di: fisica e termodinamica; chimica; reti elettriche; elettronica (incluse basi di semiconduttori, giunzione pn, transistore MOS e transistore bipolare a giunzione, circuiti elettronici elementari e l'amplificatore operazionale, compresi i principi del suo utilizzo). Per gli studenti interessati, potranno essere concordate lezioni addizionali per rinfrescare lacune relative a prerequisiti richiesti.
Metodi didattici
Lezioni (ore/anno in aula): 61
Esercitazioni (ore/anno in aula): 10
Attività pratiche (ore/anno in aula): 5
Le lezioni frontali sono somministrate mediante la proiezione di trasparenze e con l'uso della lavagna. Le esercitazioni numeriche in aula (relative alla parte del corso sulla strumentazione elettronica) riguardano l'analisi di alcuni casi di studio, concernenti in particolare il rumore nei circuiti elettronici. Le attività pratiche riguardano, per la parte del corso sulle tecnologie elettroniche, la dimostrazione e la discussione di componenti e manufatti elettronici e, per la parte del corso sulla strumentazione elettronica, l'uso, anche da parte degli studenti, di strumentazione avanzata di misura per la caratterizzazione di circuiti e componenti elettronici.
Esercitazioni (ore/anno in aula): 10
Attività pratiche (ore/anno in aula): 5
Le lezioni frontali sono somministrate mediante la proiezione di trasparenze e con l'uso della lavagna. Le esercitazioni numeriche in aula (relative alla parte del corso sulla strumentazione elettronica) riguardano l'analisi di alcuni casi di studio, concernenti in particolare il rumore nei circuiti elettronici. Le attività pratiche riguardano, per la parte del corso sulle tecnologie elettroniche, la dimostrazione e la discussione di componenti e manufatti elettronici e, per la parte del corso sulla strumentazione elettronica, l'uso, anche da parte degli studenti, di strumentazione avanzata di misura per la caratterizzazione di circuiti e componenti elettronici.
Verifica Apprendimento
Esame orale, diviso in due parti, una relativa alla parte del corso sulle tecnologie elettroniche, l'altra relativa alla parte del corso sulla strumentazione elettronica.
Per quanto riguarda la parte relativa alle tecnologie elettroniche, la prova sarà volta ad accertare l'acquisizione delle competenze relative ai contenuti illustrati durante il corso; durante la prova, saranno anche presentati allo studente componenti e manufatti elettronici, che costituiranno argomento di discussione. Per quanto riguarda la parte relativa alla strumentazione elettronica, la prova sarà volta ad accertare le competenze acquisite, in particolare la capacità del candidato di valutare correttamente le caratteristiche degli strumenti di misura, anche in relazione a specifiche applicazioni.
La Commissione Esaminatrice si riserva la facoltà di somministrare una prova scritta prima dell'esame orale.
Le due parti di esame (quella sulle tecnologie elettroniche e quella sulla strumentazione elettronica) potranno anche essere sostenute indipendentemente in date differenti. La votazione finale sarà pari alla media pesata (conformemente ai crediti) dei voti conseguiti nelle due prove di esami parziali.
Per quanto riguarda la parte relativa alle tecnologie elettroniche, la prova sarà volta ad accertare l'acquisizione delle competenze relative ai contenuti illustrati durante il corso; durante la prova, saranno anche presentati allo studente componenti e manufatti elettronici, che costituiranno argomento di discussione. Per quanto riguarda la parte relativa alla strumentazione elettronica, la prova sarà volta ad accertare le competenze acquisite, in particolare la capacità del candidato di valutare correttamente le caratteristiche degli strumenti di misura, anche in relazione a specifiche applicazioni.
La Commissione Esaminatrice si riserva la facoltà di somministrare una prova scritta prima dell'esame orale.
Le due parti di esame (quella sulle tecnologie elettroniche e quella sulla strumentazione elettronica) potranno anche essere sostenute indipendentemente in date differenti. La votazione finale sarà pari alla media pesata (conformemente ai crediti) dei voti conseguiti nelle due prove di esami parziali.
Testi
Dispensa sulle tecnologie di fabbricazione dei circuiti integrati (punti 1, 2 e 3 del programma):
G. Torelli and A. Cabrini. Introduction to Silicon Integrated Circuit Technology. Oct. 2019.
Dispense e trasparenze su argomenti di strumentazione elettronica (punti da 4 a 10 del programma).
Per approfondimenti:
R. C. Jaeger. Introduction to Microelectronic Fabrication, 2nd Edition. Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ, USA, 2002. Per maggiori dettagli sulla parte del programma riguardante le tecnologie per circuiti integrati.
J. D. Plummer, M. D. Deal, P. B. Griffin. Silicon VLSI Technology: Fundamental, Practice and Modeling. Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ, USA, 2000. Per ulteriori dettagli sulle tecnologie per circuiti integrati.
C. Y. Chang, S. M. Sze. ULSI Technology. The McGraw-Hill Companies, New York, NY, USA, 1996. Per ulteriori dettagli sulla tecnologia per circuiti integrati, insieme con il testo seguente.
S. M. Sze. VLSI Technology. McGraw-Hill International Editions, 1988. Per ulteriori dettagli sulla tecnologia per circuiti integrati, insieme con il testo precedente.
N. Kularatna. Digital and Analogue Instrumentation. The Institution of Electrical Engineers, London, 2003.
C. F. Coombs, Jr. Editor. Electronic Instrumentation Handbook. McGraw-Hill, New York, 1999.
J. J. Carr. Elements of Electronic Instrumentation and Measurements. McGraw-Hill, Inc, 1996.
W. D. Cooper, A. D. Helfrick. Electronic Instrumentation and Measurements Techniques. Prentice-Hall International, Inc., 1985.
G. Torelli and A. Cabrini. Introduction to Silicon Integrated Circuit Technology. Oct. 2019.
Dispense e trasparenze su argomenti di strumentazione elettronica (punti da 4 a 10 del programma).
Per approfondimenti:
R. C. Jaeger. Introduction to Microelectronic Fabrication, 2nd Edition. Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ, USA, 2002. Per maggiori dettagli sulla parte del programma riguardante le tecnologie per circuiti integrati.
J. D. Plummer, M. D. Deal, P. B. Griffin. Silicon VLSI Technology: Fundamental, Practice and Modeling. Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ, USA, 2000. Per ulteriori dettagli sulle tecnologie per circuiti integrati.
C. Y. Chang, S. M. Sze. ULSI Technology. The McGraw-Hill Companies, New York, NY, USA, 1996. Per ulteriori dettagli sulla tecnologia per circuiti integrati, insieme con il testo seguente.
S. M. Sze. VLSI Technology. McGraw-Hill International Editions, 1988. Per ulteriori dettagli sulla tecnologia per circuiti integrati, insieme con il testo precedente.
N. Kularatna. Digital and Analogue Instrumentation. The Institution of Electrical Engineers, London, 2003.
C. F. Coombs, Jr. Editor. Electronic Instrumentation Handbook. McGraw-Hill, New York, 1999.
J. J. Carr. Elements of Electronic Instrumentation and Measurements. McGraw-Hill, Inc, 1996.
W. D. Cooper, A. D. Helfrick. Electronic Instrumentation and Measurements Techniques. Prentice-Hall International, Inc., 1985.
Contenuti
1) Tecnologia planare del silicio
Semiconduttori. Il silicio. Produzione del lingotto di silicio e preparazione della fetta. Passi di lavorazione fondamentali nella tecnologia planare del silicio: ossidazione termica; diffusione termica; impiantazione ionica; deposizione chimica da fase vapore; deposizione fisica da fase vapore (evaporazione sotto vuoto e sputtering); altre tecniche di deposizione di strati sottili; epitassia; annealing; gettering; litografia (esposizione selettiva, tecniche di esposizione, fabbricazione delle maschere; attacco selettivo); tecniche di esposizione avanzate. Planarizzazione. Camere pulite.
2) Chiusura dei circuiti integrati nel contenitore
Flusso di produzione dalla fetta lavorata al circuito integrato chiuso nel contenitore. Resa; resa su fetta. Collaudo (collaudo parametrico; collaudo su fetta; collaudo finale). Contenitori per circuiti integrati: contenitori metallici, ceramici e plastici. Processi di assemblaggio e di chiusura nel contenitore. Uso di dispositivi non incapsulati. Moduli multi-chip.
3) Tecnologie di integrazione monolitica
Tecnologia di fabbricazione bipolare. Tecnologia MOS; processi di fabbricazione CMOS: tecnologia con isolamento mediante ossidazione di campo e metallizzazione in alluminio; tecnologia con isolamento mediante trincea poco profonda e metallizzazione in rame. Tecnologie di fabbricazione miste bipolari-CMOS. Scariche elettrostatiche e snap-back nei circuiti integrati in tecnologia MOS; latch-up nei circuiti integrati in tecnologia CMOS.
4) Strumentazione per caratterizzazione di dispositivi a semiconduttore e componenti passivi
Analizzatori di parametri di dispositivi a semiconduttore. Ponti semiautomatici per misure di impedenza.
5) Strumentazione per analisi di circuiti nel dominio del tempo
Oscilloscopio a memoria digitale. Generatori di sequenze digitali. Analizzatori di stati logici.
6) Strumentazione per analisi di circuiti nel dominio della frequenza
Analizzatori di spettro in tempo reale (multi canale). Analizzatori di segnale. Analizzatori di spettro a scansione di frequenza (a sintonia variabile e supereterodina).
7) Sorgenti di rumore nei dispositivi elettronici
8) Strumentazione per misure di rumore in dispositivi singoli
Misure di rumore in dispositivi singoli. Strumentazione per misure di rumore in dispositivi ad effetto di campo. Strumentazione per misure di rumore in transistori bipolari.
9) Strumentazione per misure di carica da rivelatori di tipo capacitivo
Rivelatori di tipo capacitivo. Canale di lettura ottimo per elaborazione del segnale di carica proveniente da rivelatori di tipo capacitivo: preamplificatore di carica e formatore. Carica equivalente di rumore (ENC). Misure di ENC. Ottimizzazione del filtro formatore. Progetto a minimo rumore di preamplificatori di carica.
10) Strumentazione per la temporizzazione di eventi e per misure di intervalli di tempo.
Metodi per la definizione temporale di un evento: leading edge, soglia adattiva, attraversamento dello zero. Errori di walk e di jitter nella definizione temporale di un evento. Misure di intervalli di tempo: digitalizzazione diretta, conversione tempo-ampiezza, conversione tempo-ampiezza con dilatamento temporale, interpolazione (verniero temporale). Convertitori tempo-digitale.
Semiconduttori. Il silicio. Produzione del lingotto di silicio e preparazione della fetta. Passi di lavorazione fondamentali nella tecnologia planare del silicio: ossidazione termica; diffusione termica; impiantazione ionica; deposizione chimica da fase vapore; deposizione fisica da fase vapore (evaporazione sotto vuoto e sputtering); altre tecniche di deposizione di strati sottili; epitassia; annealing; gettering; litografia (esposizione selettiva, tecniche di esposizione, fabbricazione delle maschere; attacco selettivo); tecniche di esposizione avanzate. Planarizzazione. Camere pulite.
2) Chiusura dei circuiti integrati nel contenitore
Flusso di produzione dalla fetta lavorata al circuito integrato chiuso nel contenitore. Resa; resa su fetta. Collaudo (collaudo parametrico; collaudo su fetta; collaudo finale). Contenitori per circuiti integrati: contenitori metallici, ceramici e plastici. Processi di assemblaggio e di chiusura nel contenitore. Uso di dispositivi non incapsulati. Moduli multi-chip.
3) Tecnologie di integrazione monolitica
Tecnologia di fabbricazione bipolare. Tecnologia MOS; processi di fabbricazione CMOS: tecnologia con isolamento mediante ossidazione di campo e metallizzazione in alluminio; tecnologia con isolamento mediante trincea poco profonda e metallizzazione in rame. Tecnologie di fabbricazione miste bipolari-CMOS. Scariche elettrostatiche e snap-back nei circuiti integrati in tecnologia MOS; latch-up nei circuiti integrati in tecnologia CMOS.
4) Strumentazione per caratterizzazione di dispositivi a semiconduttore e componenti passivi
Analizzatori di parametri di dispositivi a semiconduttore. Ponti semiautomatici per misure di impedenza.
5) Strumentazione per analisi di circuiti nel dominio del tempo
Oscilloscopio a memoria digitale. Generatori di sequenze digitali. Analizzatori di stati logici.
6) Strumentazione per analisi di circuiti nel dominio della frequenza
Analizzatori di spettro in tempo reale (multi canale). Analizzatori di segnale. Analizzatori di spettro a scansione di frequenza (a sintonia variabile e supereterodina).
7) Sorgenti di rumore nei dispositivi elettronici
8) Strumentazione per misure di rumore in dispositivi singoli
Misure di rumore in dispositivi singoli. Strumentazione per misure di rumore in dispositivi ad effetto di campo. Strumentazione per misure di rumore in transistori bipolari.
9) Strumentazione per misure di carica da rivelatori di tipo capacitivo
Rivelatori di tipo capacitivo. Canale di lettura ottimo per elaborazione del segnale di carica proveniente da rivelatori di tipo capacitivo: preamplificatore di carica e formatore. Carica equivalente di rumore (ENC). Misure di ENC. Ottimizzazione del filtro formatore. Progetto a minimo rumore di preamplificatori di carica.
10) Strumentazione per la temporizzazione di eventi e per misure di intervalli di tempo.
Metodi per la definizione temporale di un evento: leading edge, soglia adattiva, attraversamento dello zero. Errori di walk e di jitter nella definizione temporale di un evento. Misure di intervalli di tempo: digitalizzazione diretta, conversione tempo-ampiezza, conversione tempo-ampiezza con dilatamento temporale, interpolazione (verniero temporale). Convertitori tempo-digitale.
Lingua Insegnamento
INGLESE
Corsi
Corsi
ELECTRONIC ENGINEERING
Laurea Magistrale
2 anni
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Persone
Persone (2)
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