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Oggetto:
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Materiali per l'elettronica con laboratorio Modulo B

Oggetto:

Materials for electronics with laboratory Part B

Oggetto:

Anno accademico 2022/2023

Codice attività didattica
CHI0025/B
Docenti
Prof. Ettore Vittone (Titolare del corso)
Prof. Jacopo Forneris (Titolare del corso)
Sviatoslav Ditalia Tchernij (Titolare del corso)
Corso di studio
Scienza e Tecnologia dei Materiali
Anno
3° anno
Periodo
Secondo semestre
Tipologia
Affine o integrativo
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Frequenza alle lezioni facoltativa. Frequenza al laboratorio obbligatoria
Tipologia esame
Orale e relazione laboratorio
Tipologia unità didattica
modulo
Insegnamento integrato
Materiali per l'elettronica con laboratorio (CHI0025)
Prerequisiti

Matematica, Fisica Generale I e II, Chimica Fisica II, Metodologie di Caratterizzazione dei Materiali, Materiali per l'elettronica Modulo A


Mathematics, General Physics I and II, Physical-Chemistry II, Methods for material characterization, Materials for Electronics Part A
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Saper individuare le principali caratteristiche fisiche dei materiali semiconduttori e le relative tecniche sperimentali per la loro caratterizzazione.

 Ability to identify and manage the main features of semiconductor materials and the relevant experimental techniques for their characterization. 

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Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione:

  • Conoscenza adeguata delle nozioni fondamentali per la comprensione dei fenomeni fisici alla base di alcune tecniche delle più diffuse tecniche sperimentali per la caratterizzazione di materiali e dispositivi a semiconduttore.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione:

  • capacità di applicare la conoscenza dei modelli fondamentali della Fisica dei Semiconduttori per comprendere le principali caratteristiche dei dispositivi elettronici e sensori a semiconduttore.
  • capacità di effettuare misure di laboratorio con l'utilizzo di strumentazione moderna seguendo un adeguato protocollo sperimentale volto alla caratterizzazione dei materiali per l'elettronica.
  • capacità di interpretare i dati sperimentali attraverso una corretta trattazione statistica;
  • capacità di redigere un resoconto scientifico in modo chiaro utilizzando una notazione scientifica corretta.

Knowledge and understanding:

  • knowledge of the basic concepts regarding the properties of materials and basic semiconductor devices
  • understanding of the functionalities of laboratory equipment and of relevant experimental techniques for the electronic characterization of materials and basic devices.

Applying knowledge and understanding:

  • ability to understand and manage fundamental physical models of semiconductor physics to interpret the physical properties of semiconductor materials and devices.
  • ability to evaluate the order of magnitude of the physical observables, to perform basic calculations and to solve simple problems relevant to the properties of materials;
  • ability to take experimental measurements, using modern instrumentation and adopting a suitable experimental protocol to characterize materials for electronics;
  • ability to interpret the experimental data using a correct statistical data analysis;
  • ability to write a clear scientific report, using correct scientific terminology
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Programma

Lezioni frontali

l programma dettagliato è disponibile alla pagina Moodle del corso

  • Elementi di Fisica dei semiconduttori: teoria delle bande, elettroni e lacune nei semiconduttori.
  • Drogaggio; metodi di sintesi di semiconduttori omogenei intrinseci e drogati
  • Statistica dei portatori di carica.  Significato fisico dei diagrammi a bande.
  • Semiconduttori in condizioni di non equilibrio
  • Trasporto di elettroni e lacune. Conducibilità, resistività, legge di Ohm.  Fotoconducibilità, sensori di luce sensori di campo magnetico.
  • Giunzioni p-n: Elettrostatica, caratteristiche capacità/tensione e corrente/tensione teoria del diodo ideale e reale.
  • Diodi emettitori di luce. Principi di funzionamento di transistori bipolare a giunzione e transistori ad effetto di campo. 
  • Elementi di tecnologia dei dispositivi a semiconduttore.

Attività laboratoriali

L'organizzazione delle attività laboratoriali è descritta nelle pagine moodle del corso

Le attività di laboratorio verteranno sulla caratterizzazione opto-elettronica di materiali e dispositivi a semiconduttore:

Lectures

The detailed program is given in the Moodle platform

  • Elements of Semiconductor Physics: band theory, electrons and holes in semiconducting materials.
  • Doping; synthesis methods of homogeneous intrinsic and doped semiconductor
  • Charge carrier statistical distribution law. Physical meaning of the band diagrams.
  • Semiconductors in non-equilibrium conditions.
  • Transport of electrons and holes. Conductivity, resistivity and Ohm's law.  Photoconductivity, light and magnetic field sensors.
  • P-n junctions: Electrostatics, capacitance/voltage and current/voltage characteristics, theory of the ideal and real diode.
  • Light-emitting diodes. Principles of BJT, JFET, and FET.
  • Elements of technology for microelectronics.

 

Laboratory classes

The activities in the laboratory regard the optoelectronic characterization of semiconductor materials and devices.

  • Transmittance and photoconductivity measurements for the determination of the energy gap of a semiconductor.
  • Electronic characterization of homogeneous and/or heterogeneous semiconductors.
  • Electrical and optical characterization of light-emitting diodes.
  • Characterization of semiconductors by Hall effect measurements

  

Oggetto:

Modalità di insegnamento

Tutta l'attività didattica si svolgerà in presenza, salvo nuove disposizioni rettorali, secondo quanto riportato nel sito dell'ateneo alla voce "Disposizioni per chi studia e lavora in UniTo".

4.5 CFU (36 h) di lezioni frontali con esercitazioni in aula.

1.5 CFU (20 h) di attività in laboratorio (16 h) e lezioni propedeutiche (4 h)

Frequenza

La frequenza alle lezioni non è obbligatoria.

La frequenza ai corsi di laboratorio è obbligatoria e non può essere inferiore al 70% delle ore previste. 

Dettagli sulla organizzazione della didattica laboratoriale sono disponibili nella pagina Moodle

All teaching activities will be conducted in presence, in agreement with the provisions of the University on the website "Disposizioni per chi studia e lavora in UniTo".

4.5 CFU  (36 h) lectures with classroom exercises

1.5 CFU  (20 h) of laboratory activities (16 h) accompanied by introductory lectures (4 h)

Attending lectures is not mandatory.

Attending laboratory classes is mandatory for at least 70% of the time devoted to experimental activities.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Dall’inizio di ottobre 2022, fatte salve differenti disposizioni ministeriali, gli esami torneranno a svolgersi esclusivamente in presenza, con la sola eccezione per gli studenti e le studentesse che autodichiarano, in relazione al Covid-19, fragilità personale o positività.

Per la valutazione finale del corso integrato (Materiali per l'elettronica con laboratorio modulo A e B), si faccia riferimento a quanto riportato nella relativa pagina web

Modulo B: attività di laboratorio

tale valutazione è volta a verificare la capacità dello studente  ad utilizzare con procedure appropriate la strumentazione di laboratorio per la caratterizzazione elettronica dei materiali. 

Lo strumento di verifica è un rapporto tecnico delle attività svolte in laboratorio, redatto da ogni gruppo di lavoro. La relazione dovrà essere consegnata (in formato elettronico) entro due settimane dal termine delle attività di laboratorio. Eventuali ritardi saranno penalizzati in sede di valutazione. Entro due settimane dalla consegna delle relazioni i gruppi di lavoro verranno invitati a discutere le relazioni. La discussione verterà sull'analisi della relazione, in termini di uso corretto della notazione scientifica, uso corretto del protocollo di misura, adeguata analisi statistica dei dati. E' richiesta la presenza  di almeno un rappresentante per gruppo. La valutazione finale sarà comune a tutti i membri del gruppo. 

La valutazione ha una validità di 24 mesi.

Le relazioni dovranno essere inviate al docente in formato pdf entro

(data da concordare: entro 15 gg dal termine delle esercitazioni) 

La discussione delle relazioni avverrà il giorno

(data da concordare: entro 15 gg dal la consegna delle relazioni)

Modulo B: prova orale

tale valutazione è volta a verificare la conoscenza dei modelli fisici fondamentali alla base delle proprietà ottiche/elettriche/termiche e strutturali dei materiali.ed a verificare la capacità di esporre le tecniche sperimentali ed i modelli interpretativi delle attività svolte in laboratorio. 

Per accedere alla prova orale e' necessario aver riporato una valutazione di almeno 18/30 sia del modulo A che delle attività di laboratorio.

La prova orale consisterà in domande relative alle esperienze in laboratorio ed agli  argomenti trattati nelle lezioni del modulo B.

Since the beginning of October 2022, except for new ministerial provisions, the exams will take place in presence, with the exception of students who self-declare positive to COVID-19.

See the CAMPUSNET webpage of the whole course (module A and module B).

Laboratory reports:

This exam is aimed to verify the student's abilities to properly use instrumentation and data analysis techniques for the electronic characterization of materials. 

The laboratory groups will have to present their group-based laboratory reports to the teacher within one week from the conclusion of the laboratory sessions. Any delay will be penalized in the assessment. Within two weeks from the report delivery, the groups will be invited to discuss the report. The discussion will be about the correct use of the scientific notation, of the experimental protocol and of the statistical data analysis. The assessment is relevant to all the group members and its validity is 24 months.

Oral Exam:

This exam is aimed to verify the knowledge of the fundamental physical models relevant to the electronic/optical/thermal/structural properties of solid materials and to verify the ability to properly show the experimental techniques and the interpretative models of the laboratory activities. 

Only students with a sufficient evaluation of their laboratory reports (>18/30) and of the written exam (>18/30) will be admitted to the oral exam. The exam will be focused on the physics, the instrumentation, and the results obtained from the analysis of acquired data, relative to the laboratory experience performed by the student and two questions on topics presented during the course lectures (module A and module B).

The final mark will result from the average of the marks obtained in the 3 above-mentioned exams (evaluation of the laboratory reports, written exam, oral exam).
The calendar of exam sessions is shown on the ESSE3 website.
Extraordinary sessions can be granted to students only if they are close to their thesis dissertation, and if they don't have any courses left to follow and only one exam left to undertake.

Laboratory reports have to be sent in pdf format by

(date to be defined, within 15 days from the end of the laboratory classes).

The discussion of the laboratory reports is organized as follows

(date to be defined, within 15 days from the submission of the reports).

 

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Libro
Titolo:  
Semiconductor Devices
Anno pubblicazione:  
2002
Editore:  
John Wiley & Sons
Autore:  
Simon Sze
ISBN  
Note testo:  
La versione italiana è disponibile presso la "Piccola Biblioteca di via Quarello"
Obbligatorio:  
Si
Oggetto:

Principi di fisica dei semiconduttori 
Autore: Mario GuzziEdizione: Milano 2004
Casa editrice: Hoepli
ISBN: 8820333813
Url: http://unito-opac.cineca.it/SebinaOpac/Opac?action=search&Isbn=8820333813

Fisica e tecnologia dei dispositivi a semiconduttore edizione italiana ampliata a cura di Paolo Antognetti. 
Autore: Andrew S. Grove
Edizione: 4a edizione
Casa editrice: Franco Angeli 
ISBN: 8820402531

*Semiconduttori : proprieta e applicazioni elettroniche"
Autori: Andrea Frova, Paolo Perfetti
Roma : Libreria Eredi V. Veschi, 1977
ISBN: 9788841336168

Fisica dei Semiconduttori
Autore: Luciano Colombo
Casa editrice: Zanichelli



Registrazione
  • Aperta
    Apertura registrazione
    01/09/2022 alle ore 00:00
    Chiusura registrazione
    31/05/2023 alle ore 23:55
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 27/11/2022 10:08
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