Insegnamenti

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Docente
GIOVANNA MURA (Tit.)
GIOVANNI MARTINES
Periodo
Primo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
INGLESE 



Informazioni aggiuntive

Corso Percorso CFU Durata(h)
[70/83]  INGEGNERIA ELETTRONICA [83/25 - Ord. 2018]  ELECTRONIC TECHNOLOGIES FOR EMERGING APPLICATIONS 7 70

Obiettivi

OPTOELETTRONICA- INTEGRATED PHOTONIC DEVICES (modulo proposto dal Dr. Francesco Floris - Tyndall National Institute- Cork)
Conoscenza e comprensione dei fondamenti fisici alla base dell’emissione, assorbimento, confinamento e guida di fotoni e pacchetti d’onda nei semiconduttori.
Tecnologie costruttive dei principali elementi costitutivi della fotonica integrata tra cui LED, laser, guide d’onda ed elementi circuitali passivi ed attivi per la manipolazione dei pacchetti d’onda. Problemi fisici e tecnologici per le applicazioni basate su dispositivi fotonici integrati.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione nella esecuzione di misure elettro-ottiche su componentistica circuitale fotonica integrata, nel design e ottimizzazione di circuiti fotonici integrati
Abilità nell’identificare ed usare in autonomia dati per la risposta a quesiti concreti o astratti, nella interpretazione dei dati sperimentali in termini di misura di parametri fisici e tecnologici, nella ricostruzione, a partire dai datasheets, e progettazione della sequenza di passi tecnologici per la realizzazione di circuiti fotonici integrati
Abilità comunicative nell’interagire con altre persone nell’affrontare e risolvere problemi teorici e pratici assegnati dal docente a gruppi di studenti
Capacità di apprendimento accedere a fonti complementari per lo studio della materia e la soluzione di problemi
DIAGNOSTICA E APPLICAZIONI AEROSPAZIALI (modulo proposto dal Prof. Giovanna Mura- UniCA)
Conoscenza e comprensione di Tecnologia dei semiconduttori, Reverse engineering, Meccanismi di guasto, microscopia elettronica, Metodologia per l' analisi di guasto, Severità dell' ambiente spaziale, CubeSats.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione nella esecuzione di misure elettriche su dispositivi elettronici, nella esecuzione di rimozione selettiva di materiali, nell' analizzare la superficie di un dispositivo mediante microscopia ottica ed elettronica
Abilità nell' identificare ed usare in autonomia dati per la risposta a quesiti concreti o astratti nella interpretazione dei dati sperimentali in termini di misura di degradazione delle caratteristiche elettriche, nella valutazione di un report di analisi di guasto
Abilità comunicative: nell’ affrontare e risolvere problemi teorici e pratici, nell' esporre e discutere pubblicamente propri elaborati
Capacità di apprendimento: nell’ accedere a fonti complementari per lo studio della materia e nella ricerca bibliografica
LABORATORIO DI MISURE PER ACCETTAZIONE DI COMPONENTI ELETTRONICI (modulo proposto dal Prof. Giovanni Martines – UniCA)
Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere le prestazioni richieste ai componenti elettronici più comuni e di capire quali procedure di misura ne permettono la corretta valutazione nel rispetto degli standard accettati in sede internazionale.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Applicare le conoscenze di strumentazione elettronica di misura e la comprensione delle metodologie delle misure elettroniche per verificare le prestazioni dichiarate nei data sheet di componenti elettronici semplici.
Autonomia di giudizio: Scegliere fra la strumentazione elettronica di misura a disposizione, quella più adatta alla verifica in accettazione delle prestazioni dei componenti elettronici nel rispetto delle limitazioni imposte dagli standard di riferimento e dalle condizioni di misura suggerite dal costruttore.
Abilità comunicative: Presentare e discutere in pubblico le procedure adottate ed i risultati ottenuti nella verifica delle prestazioni dei componenti elettronici
Capacità di apprendimento: Consultare e comprendere i data sheet di componenti elettronici realizzati da diversi produttori con tecnologie simili e/o diverse e di verificarne le prestazioni dichiarate.

Prerequisiti

OPTOELETTRONICA- INTEGRATED PHOTONIC DEVICES
Sono indispensabili le conoscenze di Fisica II e Fisica dello Stato Solido, di teoria delle giunzioni pn e di tecnologia della microelettronica che sono contenute nei corsi di Fisica dei Semiconduttori.
In particolare, sono necessarie le conoscenze di:
Equazioni di Maxwell, equazione di d'Alembert, potenziale vettore, pacchetti d’onda, Struttura a bande nei solidi, Elettroni e lacune, Giunzioni pn: tecnologia e caratteristiche elettriche
Sono importanti: le abilità matematiche della soluzione di equazioni differenziali, i richiami di Campi Elettromagnetici per la propagazione delle onde
Sono utili:
La pratica con programmi di calcolo e restituzione in forma di grafico dei risultati, la pratica con fogli di lavoro, linguaggi di programmazione, programmi di presentazione di diapositive
DIAGNOSTICA E APPLICAZIONI AEROSPAZIALI
Sono indispensabili le conoscenze di Affidabilità dei dispositivi elettronici, Fisica dello Stato Solido, di teoria delle giunzioni pn che sono contenute nei corsi di Fisica dei Semiconduttori e di Dispositivi Elettronici della laurea triennale in Ingegneria Elettrica, Elettronica ed Informatica attiva presso l’ Università di Cagliari.
In particolare, sono necessarie le conoscenze di Design for Reliability, Dispositivi elettronici
LABORATORIO DI MISURE PER ACCETTAZIONE DI COMPONENTI ELETTRONICI
Sono indispensabili le conoscenze sulla fisica del funzionamento dei componenti elettronici semplici e sul funzionamento della strumentazione elettronica di base come il multimetro ed i generatori di tensione e corrente di alimentazione. È importante conoscere il principio di funzionamento di un oscilloscopio, un analizzatore di spettro o un generatore di segnale. È utile la pratica con strumentazione integrata virtuale come quella disponibile nel laboratorio LIDIA multifunzionale della Facoltà di Ingegneria.

Contenuti

OPTOELETTRONICA- INTEGRATED PHOTONIC DEVICES
Questo modulo è articolato in 3 parti distribuite su 20 ore:
PART 1 – Elementi costitutivi dei principali circuiti fotonici integrati: [6h]
Sorgenti: diodi and lasers {ref1}
Componenti circuitali attivi e passivi {ref2}
Detectors {ref3}
PART 2 –Sviluppo, ottimizzazione, design e fabbricazione {ref4}: [10h]
Sviluppo, ottimizzazione e design di componenti per circuiti fotonici integrati
Metodi computazionali per l’ottica free space, la micro- e la nano-fotonica le l’analisi e la gestione termica
Design di circuiti fotonici integrati
Tecniche di crescita: e-beam lithography, UV lithography, MPW
PART 3 – Dispositivi {4}: [4h]
Telecomunicazioni
Sensoristica
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DIAGNOSTICA E APPLICAZIONI AEROSPAZIALI
Il corso di 30 ore avrà i seguenti contenuti:
-Lezioni frontali su:
Tecnologia dei semiconduttori (1h)
Tecniche di Analisi e Reverse Engineering (5h)
Microscopia Elettronica in scansione (SEM) e trasmissione (TEM), EDS, Focused Ion Beam (FIB) (6h)
Fisica dei meccanismi di guasto in microelectronica, casi studio (4h)
Diagnostica nelle applicazioni optoelettroniche e aerospaziali (5h)
Cubesats, filosofia, fallimenti e affidabilità (4h)
-Esercitazioni pratiche;
Analisi di guasto su dispositivi elettronici comprensiva di preparazione del campione e analisi al microscopio elettronico in scansione (5h)
Sulla base delle condizioni di contesto legate alla pandemia Covid-19, potranno essere previste turnazioni e/o attività sostitutive on-line (es. seminari integrativi)
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LABORATORIO DI MISURE PER ACCETTAZIONE DI COMPONENTI ELETTRONICI
Presentazione e studio dei data sheet e dei manuali operativi della strumentazione elettronica disponibile in laboratorio (3h lezione).
Presentazione e studio dei data sheet di un transistore e di un amplificatore operazionale con particolare attenzione ai limiti delle prestazioni e alle rispettive condizioni di misura consigliate (2h lezione).
Laboratorio per la verifica delle prestazioni di un transistore. Progettazione e realizzazione del sistema di misura. Esecuzione delle misure e analisi dei risultati sperimentali (8h in laboratorio).
Laboratorio per la verifica delle prestazioni di un amplificatore operazionale. Progettazione e realizzazione del sistema di misura. Esecuzione delle misure e analisi dei risultati sperimentali (7h in laboratorio).

Metodi Didattici

OPTOELETTRONICA- INTEGRATED PHOTONIC DEVICES
Nel corso di 20 ore viene proposto l’utilizzo di pubblicazioni su rivista come fonte per lo studio in alternativa ai libri di testo per le parti piú avanzate del programma.
Viene incoraggiato anche il ricorso a testi e pubblicazioni supplementari, in vista della prova finale, dove è lasciato libero il ricorso a qualsiasi testo, anche non suggerito dal docente.


DIAGNOSTICA E AEROSPACE APPLICATIONS
-Il corso di 30 ore sarà strutturato in:
25 lezioni frontali e seminari
5 attività pratiche

LABORATORIO DI MISURE PER ACCETTAZIONE DI COMPONENTI ELETTRONICI
Il laboratorio è organizzato su:
✔5h di lezione frontale basate sulla presentazione di materiale tecnico reperibile in rete organizzato, presentato e commentato in slide preparate dal Docente;
✔15h di esercitazione in laboratorio didattico multifunzionale in cui lo studente, da solo o in gruppi di 2/3 persone, dapprima progetta e realizza il sistema di misura necessario per la verifica della prestazione del dispositivo sotto esame, e poi esegue le misure e analizza i risultati al fine della accettazione del dispositivo in un processo di produzione industriale, preparando una presentazione scritta sui metodi e le procedure adottate e sui risultati ottenuti.

Verifica dell'apprendimento

OPTOELETTRONICA- INTEGRATED PHOTONIC DEVICES
Presentazione orale su un progetto a discrezione dello studente a partire dagli argomenti proposti nel modulo preferibilmente in combinazione con gli altri moduli del corso.
DIAGNOSTICA E APPLICAZIONI AEROSPAZIALI
La valutazione finale consiste in un colloquio orale / prova scritta/ la presentazione di una ricerca/tesina applicativa capace di valutare la conoscenza e comprensione della terminologia, la capacità comunicativa su tematiche di diagnostica dell' elettronica, la competenza pratica acquisita.
LABORATORIO DI MISURE PER ACCETTAZIONE DI COMPONENTI ELETTRONICI
Ciascuno studente presenta e discute con la commissione la scelta delle procedure adottate e l’analisi dei risultati ottenuti anche sulla base della presentazione che ha preparato durante le esercitazioni in laboratorio. La commissione esprime alla fine solo un giudizio di idoneità o non-idoneità al superamento dell’esame.

Il voto finale del corso integrato di OPTOELECTRONICS, DIAGNOSTICS AND SPACE APPLICATIONS è la media aritmetica tra i voti dei moduli.

Testi

OPTOELETTRONICA- INTEGRATED PHOTONIC DEVICES
Dispense del corso
{ref1} Orazio Svelto, "Principles of Lasers" – Springer;
{ref2} B.E.A. Saleh, M.C. Teich, "Fundamentals of Photonics" – Wiley;
{ref3} G. Lutz, R. Klanner, "Solid State Detectors" – Springer
(available for free at https://doi.org/10.1007/978-3-030-35318-6_5);
{ref4} Slides provided by the professor.


DIAGNOSTICA E APPLICAZIONI AEROSPAZIALI
S. Sze e K. Ng Kwok. Physics of Semiconductor Devices Third Edition. J. Wiley, 2007, Chapter 12
SM Sze Dispositivi a semiconduttore capitoli 8 - 12
Failure Analysis of Integrated circuits - tool and techniques L.C.Wagner - Kluwer Academic Publishers
Vanzi, M., Béchou, L., Fukuda, M., Mura, G. (eds) (2020). Advanced Laser Diode Reliability. ISTE Press, London, and Elsevier, Oxford.
slides fornite a lezione


LABORATORIO DI MISURE PER ACCETTAZIONE DI COMPONENTI ELETTRONICI
Manuali operativi della strumentazione di misura utilizzata in laboratorio.
Standard MIL-STD-883E methods 4001-4007




Altre Informazioni

Slides di seminari e conferenze tenuti a simposi internazionali sugli argomenti caratterizzanti il Corso.
Alcune di queste slides, protette da Non Disclosure Agreement con industrie anche internazionali, verranno solo rese disponibili in aula, previo impegno degli studenti alla non divulgazione.

Questionario e social

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