Università degli Studi di Cagliari
MATERIALE ELEARNING DISPOSITIVI 2021
supplementi al libro di testo S.Sze Dispositivi a Semiconduttore
Cari ragazzi,
questi files derivano dalla esperienza di didattica a distanza dello scorso A.A. L'esperienza insegna che il modo più efficace di usarli durante le lezioni è che voi li abbiate già scaricati, e che li apriate sul vostro pc mentre facciamo lezione. Questo ci dovrebbe consentire di superare gran parte dei problemi di connessione che sicuramente incontreremo. Nella peggiore delle ipotesi, manterremo il collegamento audio ed io vi indicherò di volta in volta quale file aprire e a quale diapositiva andare.
Il programma di Dispositivi Elettronici di questo A.A. 2020/2021 essenzialmente si concentra sui capitoli 2,3,4,5 del libro di testo. Lo scorso anno non vi è stato tempo per completare il programma con accenni di tecnologia (capitoli finali del libro). Vediamo questo anno come va.
Il libro inizia, ovviamente, con il capitolo 1. Tuttavia quasi tutti voi avete seguito il corso di Fisica dei Semiconduttori, che tratta gli argomenti di questo capitolo in forma molto più completa.
So che alcuni di voi, che provengono da curricula dove tale corso non c'è, avranno difficoltà proprio per la mancanza di queste basi. Vedremo alle prime lezioni quanti di voi hanno questo problema, e come aiutarvi a risolverlo. Il tutor assegnato al nostro corso è particolarmente attento a questa possibile difficoltà iniziale.
Ad ogni modo, proprio per aiutare tutti a ricordare, o a esplorare per la prima volta, i temi del capitolo 1 del libro, le prime lezioni saranno dedicate ad un ripasso di questo.
Tutte le diapositive sono intese come complementi alla traccia del libro, che resta quindi la traccia guida.
Cominciamo con il primo blocco. Assumiamo noto il cap.I del libro.
cap II A intro continuità e mobilità
Proseguiamo con un secondo blocco
cap II B Diffusività e correnti totali
Con questo terzo blocco arriviamo alla formulazione della Equazione di Continuità
cap II C Iniezione Generazione e Ricombinazione
Occorre fare qualche esercizio. Il seguente blocco II D raccoglie le applicazioni della Equazione di Continuità trattate nel testo del capitolo del libro, con qualche integrazione in aggiunta.
cap II D Giocando con la equazione
In questo blocco ci sono gli elementi conclusivi del capitolo.
Gli esercizi di fine cap II sono in questo file pdf.
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Passiamo al Capitolo 3.
Una introduzione alle giunzioni in generale che NON trovate nel libro è qui
Poi da qui passiamo alla giunzione pn, con il materiale che corrisponde ai paragrafi fino al 3.3 compreso.
Per visualizzare le relazioni tra drogaggio, campo, potenziale, regione di svuotamento e potenziale di built-in in una giunzione brusca in Silicio (a temperatura ambiente) all’equilibrio, provate a giocare con questo semplice file excel modificando i livelli di drogaggio.
giunzione campo potenziale carica
Da qui inziamo il discorso cruciale delle correnti nella giunzione pn.
Vi fornisco ora due files Excel (formato vecchio, per non avere problemi con edizioni recenti).
Il primo serve per fare pratica con le curve ideali calcolate. Avete tre fogli, uno che mostra come cambiano le I(V) al variare della corrente si saturazione Is, uno che varia invece la resistenza serie RS ed uno che varia la resistenza parallelo Rsh. Vi invito a provare a modificare i valori nelle caselle gialle, e vedere cosa succede nei grafici.
Il secondo invece è un file con i dati bruti di due diodi, ossia le semplici IV reali da cui estrarre tutti i parametri che riuscite a calcolare.
Per concludere il capitolo 3 sulle giunzioni pn occorre parlare di non-idealità e di caratteristiche dinamiche.
Giunzione pn non idealità e caratteristiche dinamiche
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Capitolo IV
questo è un file excel per giocare con le caratteristiche statiche ideali di un bjt secondo il modello di Ebers-Moll. La cosa più semplice è modificare (di pochi mV per volta!) la tensione VBE nel primo foglio, e vedere come cambiano i grafici.
forse questa sezione è quella in cui il libro sorvola con più disinvoltura. E’ un collage di sei argomenti di complemento (ma importanti nella pratica), in cui i primi cinque richiedono uno sforzo particolare per inquadrare ciascun problema. Per fortuna il sesto ed ultimo è facile…
questo file conclude l’argomento bjt.
Esercizi del libro, svolti:
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Capitolo V
Scelgo di seguire una sequenza un po’ diversa da quella del libro: prima facciamo il diodo Schottky, i contatti ohmici ed il cosiddetto Diodo MOS.
L’esercizio sui diodi a giunzione pn, Schottky e MOS è qui svolto. NON corrisponde ad esercizi del testo, ma riassume molto di tutti e tre gli argomenti.
Un file già corposo ma provvisorio sui FET è il seguente.
Un complemento finale a questo file è nelle seguenti poche diapositive