Docente/i: Lodovico Ratti   Guido Torelli  

Denominazione del corso: Strumentazioni e tecnologie elettroniche
Codice del corso: 504243
Corso di laurea: Ingegneria Elettronica
Sede: Pavia
Settore scientifico disciplinare: ING-INF/01
L'insegnamento è caratterizzante per: Ingegneria Elettronica
Crediti formativi: CFU 6
Sito web del corso: n.d.

Obiettivi formativi specifici

L'obiettivo principale del corso è fornire agli studenti le conoscenze di base delle tecnologie di produzione dei circuiti monolitici integrati su silicio e della strumentazione per la caratterizzazione di circuiti e dispositivi elettronici. Al termine del corso, lo studente avrà appreso le basi delle tecnologie di integrazione monolitica (in particolare dei processi CMOS) e sarà in grado di valutare l'impatto della tecnologia di integrazione sul progetto e sulle prestazioni dei circuiti integrati. Lo studente sarà inoltre 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 intendano 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 includano questo tipo di circuiti, nonché in quelli nei quali sono previsti l'impiego e la progettazione di strumentazione elettronica.

Programma del corso

Tecnologia planare in silicio
Semiconduttori. 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); epitassia; annealing; gettering; litografia (esposizione selettiva, tecniche di esposizione, fabbricazione delle maschere; attacco selettivo). Planarizzazione. Camere pulite.

Chiusura dei circuiti integrati nel contenitore
Flusso di produzione dalla fetta lavorata al circuito integrato chiuso nel contenitore. Resa; resa su fetta. Collaudo (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.

Tecnologie di integrazione monolitica
Tecnologia MOS; processo di fabbricazione CMOS. Tecnologia di produzione bipolare. Tecnologie di produzione miste. Scariche elettrostatiche e latch-up nei circuiti integrati in tecnologia CMOS.

Strumentazione per misure di rumore in dispositivi singoli
Sorgenti di rumore nei dispositivi elettronici. 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.

Strumentazione per misure di carica da revelatori 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.

Strumentazione per caratterizzazione di dispositivi ed analisi di circuiti nel dominio del tempo e della frequenza
Analizzatori di parametri di dispositivi a semiconduttore. Ponti semiautomatici per misure di impedenza. Oscilloscopio a memoria digitale. Analizzatori di spettro in tempo reale (multi canale). Analizzatori di segnale. Analizzatori di spettro a scansione di frequenza (a sintonia variabile e supereterodina).

Strumentazione e metodi per temporizzazione di eventi e misura di intervalli di tempo.
Errori sistematici e casuali nella temporizzazione degli eventi: time walk e jitter. Tecniche per la temporizzazione degli eventi: con comparatore a soglia costante, a soglia frazionaria e con attraversamento di zero. Misure di intervalli di tempo. Digitalizzazione diretta. Conversione tempo-tensione. Conversione tempo-tensione con espansione temporale. Verniero temporale.

Prerequisiti

Basi di Fisica e Termodinamica; Chimica; Elettronica; Tecnologie Elettroniche.

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 36
Esercitazioni (ore/anno in aula): 16
Attività pratiche (ore/anno in aula): 4

Materiale didattico consigliato

Dispense e lucidi del corso

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 tecnoogie 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 al testo seguente.

S. M. Sze. VLSI Technology. McGraw-Hill International Editions, 1988. Per ulteriori dettagli sulla tecnologia per circuiti integrati, insieme al 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.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame orale (per quanto riguarda la parte relativa alle tecnologie microelettroniche, componenti elettronici saranno forniti allo studente durante l'esame e costituiranno argomento di discussione). La Commissione Esaminatrice si riserva la facoltà di somministrare una prova scritta prima dell'esame orale.