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Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche
Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche sede ex-Fisica

Contenuti Insegnamento: Physics of Semiconductors

Corso di studio: PHYSICS – FISICA (D.M.270/04) (offerta formativa anno 2017)
  • CFU: 6
  • SSD: FIS/01

Obiettivi formativi

Il corso si propone di approfondire lo studio delle proprietà fondamentali dei materiali semiconduttori e delle loro applicazioni in campo tecnologico.

Prerequisiti

Conoscenza dettagliata della fisica quantistica, meccanica statistica ed elettromagnetismo. Lo studente deve essere in possesso della laurea triennale.

Programma del corso

Introduzione: concetti generali, semiconduttori semplici e composti. Struttura a bande: struttura cristallina e stati elettronici. Struttura a diamante e zincoblenda. Hamiltoniana del cristallo perfetto (contributo elettronico), simmetria traslazionale e zone di Brillouin. Esempi strutture e bande: Si, Ge, GaAs. Statistica di semiconduttori omogenei: densita' dei portatori, livello di Fermi, livelli di impurezze e drogaggi, statistica dei donori ed accettori, semiconducttori degeneri, compensati. Proprieta' vibrazionali: Hamiltoniana degli ioni, dinamica reticolare, catena lineare. Es. di curve di dispersione: Si e GaAs. Proprieta' elettroniche dei difetti: classificazione, impurezze shallow e profonde. Tecniche sperimentali TEM e AFM. Trasporto elettronico: modello quasi classico. Equazione di Boltzmann. Meccanismi di scattering. Mobilita'. Trasporto a campi elevati. Effetto Gunn. Trasporto in campo magnetico. Effetto Hall classico e quantistico. Proprieta' ottiche: funzione dielettrica, indice di rifrazione, assorbimento. Determinazione sperimentale della funzione dielettrica. Assorbimento nella regione della gap. Eccitoni. Processi di emissione. Spettroscopia di luminescenza. Proprieta' elettroniche ed ottiche di sistemi a dimensionalita' ridotta: 2D, 1D e 0D. Tecniche di crescita. CVD, MOCVD, MBE Dispositivi: LED, LASER, fotorivelatori e celle solari. Crescita di nitruri e dispositivi. FET: MESFET, JFET e MOSFET.

Testi di riferimento

C. Kittel, Introduzione alla fisica dello stato solido, ed. Boringhieri (2005, ed. 8). P. Yu, M. Cardona, Fundamentals of Semiconductors, Springer Verlag. N.W. Ascroft, N.D. Mermin, Solid State Physics, Holt-Saunders Int. Edition. D.A. Neamen, Semiconductor Physics and Devices, Irwin, ISBN 0-256-20829-7 (cap. 3 and 4). B. Sapoval, C. Hermann, Physics of Semiconductors, Springer Verlag. J. Singh, Semiconductor Devices: an introduction, McGraw-Hill International Edition.

Metodi Didattici

Lezioni frontale con ausilio di presentazioni su schermo.

Verifica dell'apprendimento

Esame orale con esposizione di argomenti trattati a lezione.

Risultati attesi

Conoscenza e capacità di comprensione: Al termine del corso lo studente avra' conoscenza e comprensione delle proprietà fondamentali dei materiali semiconduttori e delle loro applicazioni in campo tecnologico. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: understanding Al termine del corso lo studente dovrebbe essere in grado di conoscere le proprieta' elettroniche, ottiche, trasporto, e strutturali dei semiconduttori piu' noti: Si, Ge e GaAs. Autonomia di giudizio: Ci si aspetta che lo studente acquisti la capacità di valutare criticamente risultati teorici e sperimentali che descrivano le proprietà strutturali, elettroniche, ottiche e vibrazionali dei semiconduttori. Abilità comunicative - Communicating skills Ci si aspetta che lo studente acquisti la capacità di discutere con l'appropriata terminologia problemi relativi alle proprietà dei semiconduttori e alle loro applicazioni. Capacità di apprendimento: Lo studente sarà in grado di apprendere senza difficoltà gli sviluppi scientifici e tecnologici dello studio delle proprietà dei semiconduttori. L’uso di libri di testo in inglese stimolerà le capacità di apprendimento e linguistiche degli studenti.