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227-0157-00L 4 Credits DR , MSC D-ITET , D-MATL , D-PHYS , D-MAVT , D-MATH
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Semiconductor Devices: Physical Bases and Simulation

Lecturers & Examiners: Prof. em. Dr. Andreas Schenk, Dr. Cosmin Ioan Roman
VVZ CR n/a

Last Updated: 2026-06-01 11:30:58

Abstract

The course addresses the physical principles of modern semiconductor devices and the foundations of their modeling and numerical simulation. Necessary basic knowledge on quantum-mechanics, semiconductor physics and device physics is provided. Computer simulations of the most important devices and of interesting physical effects supplement the lectures.

Objective

The course aims at the understanding of the principle physics of modern semiconductor devices, of the foundations in the physical modeling of transport and its numerical simulation. During the course also basic knowledge on quantum-mechanics, semiconductor physics and device physics is provided.

Content

The main topics are: transport models for semiconductor devices (quantum transport, Boltzmann equation, drift-diffusion model, hydrodynamic model), physical characterization of silicon (intrinsic properties, scattering processes), mobility of cold and hot carriers, recombination (Shockley-Read-Hall statistics, Auger recombination), impact ionization, metal-semiconductor contact, metal-insulator-semiconductor structure, and heterojunctions. The exercises are focussed on the theory and the basic understanding of the operation of special devices, as single-electron transistor, resonant tunneling diode, pn-diode, bipolar transistor, MOSFET, and laser. Numerical simulations of such devices are performed with an advanced simulation package (Sentaurus-Synopsys). This enables to understand the physical effects by means of computer experiments.

Resources

Lecture Notes

The script (in book style) can be downloaded from:https://iis-students.ee.ethz.ch/lectures/

Literature

The script (in book style) is sufficient. Further reading will be recommended in the lecture.

Learning Materials (Links)

General Information

Language
English
Levels
DR , MSC
Frequency
Yearly recurring

Examination

Type
session examination
Mode
oral 30 minutes
Auf Wunsch kann die Sessionsprüfung auch auf Deutsch durchgeführt werden.

Course Components

Type Title Time & Place Hours
lecture with exercise Semiconductor Devices: Physical Bases and Simulation
Falls alle Hörende es wünschen, kann die Vorlesung auch auf Deutsch gehalten werden.
  • Mon 09:15-12:00 (ETZ G 91)
3 h weekly

Offered In

  • Rechnergestützte Wissenschaften Master
    • Wahlfächer (Von den angebotenen Wahlfächern müssen mindestens zwei Lerneinheiten erfolgreich abgeschlossen werden. Als Wahlfächer für Rechnergestützte Wissenschaften Master gelten automatisch (ohne Anrechnungsgesuch) auch alle Kernfächer/Vertiefungsfächer (aber nicht Wahlfächer!) aus folgenden Studiengängen: Informatik Master Mathematik Master Physik Master Elektrotechnik und Informationstechnologie Master Data Science Master Robotics, Systems and Control Master Statistik Master Neural Systems and Computation Master gemäss den angegebenen Abschnittsreferenzen.)
  • Mikro- und Nanosysteme Master
  • Elektrotechnik und Informationstechnologie Master
    • 01 - Fächer der Vertiefungen
      • Vertiefung: Electronics and Photonics (The core courses and specialisation courses below are a selection for students who wish to specialise in the area of "Electronics and Photonics", see . The individual study plan is subject to the tutor's approval.)
        • Vertiefungsfächer (These specialisation courses are particularly recommended for the area of "Electronics and Photonics", but you are free to choose courses from any other field in agreement with your tutor. Semester / Research Projects are not allowed in this category. A minimum of 40 credits must be obtained from specialisation courses during the Master's Programme.)
  • Physik Master
    • Wahlfächer
      • Allgemeine Wahlfächer (Den Studierenden steht das gesamte Lehrangebot der ETH Zürich zur individuellen Auswahl offen - mit folgenden Einschränkungen: Lehrveranstaltungen aus den ersten beiden Studienjahren eines Bachelor-Curriculums der ETH Zürich sowie Lehrveranstaltungen aus GESS "Wissenschaft im Kontext" sind nicht als allgemeines Wahlfach anrechenbar. Die Dozierenden folgender Lehrveranstaltungen empfehlen sie ausdrücklich den Studierenden der Physik. (Für die Lehrveranstaltungen in dieser Liste können Sie die Kategorie "Allgemeine Wahlfächer" direkt in myStudies zuordnen. Für die Kategoriezuordnung anderer zugelassener Lehrveranstaltungen lassen Sie bei der Prüfungsanmeldung "keine Kategorie" ausgewählt und wenden Sie sich nach dem Verfügen des Prüfungsresultates an das Studiensekretariat ( ).))
  • Doktorat Materialwissenschaft (Weitere Informationen unter: )
  • Quantum Engineering Master
    • Wahlfächer (This is a selection of courses particularly suitable for the MSc QE. In agreement with the tutor, students may choose other courses from the ETH course catalogue.)