 |
Sergio D'ADDATO
Professore Associato
Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche sede ex-Fisica
|
Insegnamento: Physics of Semiconductors
Physics - Fisica (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
Conoscenza e capacità di comprensione:
Il corso si propone di approfondire lo studio 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.
Prerequisiti
Conoscenze 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. (1 CFU)
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. (1 CFU)
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. (1 CFU)
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. (3 CFU)
Metodi didattici
Lezioni frontali con ausilio di metodi audio-visivi. Per gli studenti lavoratori è possibile accedere su piattaforma teams e moodle a registrazioni di lezioni e materiale didattico).
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.
Verifica dell'apprendimento
Esame orale, con durata di circa trenta minuti. L'interrogazione si basa su tre argomenti specifici, di cui uno a scelta dello studente. Gli altri due argomenti, estratti dai contenuti del corso, vengono scelti dal docente. Lo studente deve rispondere con chiarezza ed esaurientemente su ogni soggetto, basandosi sul materiale didattico e i libri di testo consigliati. Il massimo punteggio che uno studente può ottenere è 10/30 per ogni argomento, per un totale massimo di 30/30
Risultati attesi
Comprensione e conoscenza dei principi della fisica dello stato solido applicati ai semiconduttori. Conoscenza di alcune delle più importanti applicazioni tecnologiche dei semiconduttori.