41859 - SENSORI A STATO SOLIDO LS

Conoscenze e abilità da conseguire

L'obiettivo formativo del corso è quello di illustrare i princìpi di funzionamento delle più importanti categorie di sensori a stato solido. Gli studenti acquisiranno la conoscenza di sensori realizzati con tecniche proprie della Microelettronica e dei Sistemi Micro-Elettro-Meccanici (MEMS). Per ogni sensore saranno analizzati il principio fisico di base, il modello usato per la caratterizzazione, la tecnologia adottata per la realizzazione. Nelle esercitazioni verranno illistrati gli strumenti di simulazione numerica più idonei all'analisi dei sensori proposti nel corso.

Contenuti

1. Introduzione al corso. Definizione e classificazione dei sensori (cubo di Middelhoek e Noorlag).
2. I principali effetti fisici nei sensori a stato solido (effetti fotoelettrico, piezoelettrico, piezoresistivo, termoelettrico, termoresistivo, Hall).
3. Cenni sull'assorbimento di radiazione in un semiconduttore. Sensori ottici elementari: fotoresistore, fotodiodo (funzionamento continuo e impulsato), fotocondensatore MOS, fototransistori MOS e bipolare. Struttura e funzionamento dei dispositivi a trasferimento di carica (CCD); sensori ottici complessi lineari e a matrice. Analisi delle prestazioni di videocamere a stato solido.
4. Introduzione alle equazioni dell'elasticità; determinazione delle deformazioni di una trave a sbalzo e di una membrana. Sensori piezoresistivi di accelerazione e pressione (MAP). Sensore piezoelettrico di accelerazione. Sensori capacitivi di accelerazione verticale e laterale.
5. Sensori termici: sensori basati su moduli di microtermopile; sensori di temperatura basati su giunzioni a semiconduttore; sensori proporzionali alla temperatura assoluta (PTAT).
6. Sensori magnetici: piatti di Hall; sensori magnetici ad amplificazione differenziale (DAMS); MAGFET e dual-drain MAGFET; magnetotransistori verticale e laterale.

Testi/Bibliografia

Lucidi e appunti delle lezioni.

S. M. Sze “Semiconductor Sensors”, Wiley Interscience.

Alcuni articoli di recente pubblicazione saranno indicati durante le lezioni.

Per i concetti di Microelettronica ed Elettronica dello stato solido:

E. De Castro “Fondamenti di Elettronica”, UTET

M. Rudan "Tavole di Microelettronica", Pitagora Editrice Bologna

Metodi didattici

Durante le lezioni verranno discusse le problematiche connesse con la realizzazione dei sensori a stato solido. Il corso sarà affiancato da esercitazioni di laboratorio. Le esercitazioni saranno individuali o di gruppi costituiti da 2-4 persone (a seconda delle disponibilità di postazioni in laboratorio) e hanno lo scopo di fornire la possibilità a ciascun studente di potersi misurare nell' analisi del funzionamento di alcuni sensori utilizzando strumenti di simulazione numerica di dispositivi. Queste attività saranno programmate in modo che all'interno di ogni esercitazione lo studente possa simulare il funzionamento del sensore nelle condizioni di funzionamento delineate in forma teorica durante le lezioni.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La prova di accertamento è unica e si svolge con un colloquio individuale.

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore e PC per le lezioni in aula, laboratorio didattico Lab1 per le esercitazioni.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Susanna Reggiani