B8390 - DISPOSITIVI E CIRCUITI INTEGRATI DI POTENZA LM

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente conosce in maniera avanzata i dispositivi di potenza a semiconduttore, incluse tecnologie emergenti come GaN e SiC; sa condurre l’analisi dell'affidabilità dei transistori di potenza e tecniche di monitoraggio e/o ottimizzazione di robustezza e prestazioni; possiede competenze nella progettazione e simulazione di circuiti di potenza GaN integrati.

Contenuti

Introduzione all'elettronica di potenza

• Introduzione all'elettronica di potenza
• Esempi di applicazioni
• Tipi di dispositivi e loro funzioni

 

Dispositivi di potenza a semiconduttore

• Transistori di potenza in silicio (Si):
  • Vertical MOSFET, Super Junction MOSFET, Laterally-Diffused MOSFET
  • Caratteristiche principali (tensione di breakdown, On-resistance, capacità intrinseche) e funzionamento
  • Applicazioni tipiche: discreto vs integrato
• Transistori di potenza in carburo di silicio (SiC):
  • Vantaggi e svantaggi rispetto al Si
  • Caratteristiche e funzionamento
  • Applicazioni tipiche: discreto
• Transistori di potenza in nitruro di gallio (GaN):
  • Vantaggi e svantaggi rispetto al Si e SiC
  • Depletion HEMT, Cascode, Enhancement HEMT (MISHEMT vs pGaN HEMT vs Fe-gate HEMT)
  • Caratteristiche e principio di funzionamento
  • Applicazioni tipiche: discreto vs integrato
• Diodi Schottky in nitruro di gallio (GaN):
  • Principio di funzionamento
  • Caratteristiche e applicazioni

 

Affidabilità dei dispositivi di potenza

• Problematiche comuni di affidabilità nei dispositivi a semiconduttore
• Degradazione e guasti nei transistori di potenza
• Tecniche di mitigazione e miglioramento dell'affidabilità
• Case study di fallimenti e analisi di ricerca
• Attività di Laboratorio: Esperimenti su transistori di potenza a semiconduttore

 

Progettazione integrata in GaN

• Fondamenti dei circuiti di potenza
• Introduzione alla progettazione integrata
• Progettazione di circuiti di potenza con dispositivi GaN
• Circuiti e tecniche di driving dei transistori GaN e connesse problematiche
• Tecniche di layout

 

Laboratorio: progetto finale

• Progettazione di un transistor (o half bridge) GaN con gate driver integrato
• Simulazione del progetto mediante strumenti EDA per circuiti integrati
• Analisi delle prestazioni e ottimizzazione

Testi/Bibliografia

[1] B. Jayant Baliga, "Fundamentals of Power Semiconductor Devices", Springer New York, NY, ISBN978-1-4899-7765-6.

[2] Bernhard Wicht, "Design of Power Management Integrated Circuits", Wiley-IEEE Press, ISBN: 9781119123064.

[3] M. P. Kaufmann. B. Wicht, "Monolithic Integration in E-Mode GaN Technology", Springer Cham, ISBN978-3-031-15627-4.

Metodi didattici

Il corso sarà strutturato principalmente attraverso lezioni teoriche in aula (65%) ed esercitazioni pratiche in laboratorio (35%).

NOTA: Per poter seguire le esercitazioni in laboratorio, è necessario che tutti gli studenti abbiano completato il corso di formazione sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio, relativo ai moduli 1 e 2, in modalità e-learning [https://www.unibo.it/it/servizi-e-opportunita/salute-e-assistenza/salute-e-sicurezza/sicurezza-e-salute-nei-luoghi-di-studio-e-tirocinio].

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica finale prevede la realizzazione di un progetto e una prova orale. Quest’ultima consiste in una serie di domande finalizzate a verificare la conoscenza degli argomenti affrontati a lezione e durante le esercitazioni di laboratorio, nonché degli aspetti progettuali.

Strumenti a supporto della didattica

Slide rese disponibili su virtuale.unibo.it come supporto alle lezioni svolte alla lavagna.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Andrea Natale Tallarico