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Oggetto:
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Materiali per l'elettronica con laboratorio

Oggetto:

Materials for electronics with laboratory

Oggetto:

Anno accademico 2017/2018

Codice dell'attività didattica
CHI0025
Docente
Prof. Ettore Vittone (Titolare del corso)
Corso di studi
Scienza e Tecnologia dei Materiali-Indirizzo Industriale
Anno
3° anno
Periodo didattico
Annuale
Tipologia
Affine o integrativo
Crediti/Valenza
12
SSD dell'attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
FIS/03 - fisica della materia
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Frequenza alle lezioni facoltativa. Frequenza al laboratorio obbligatoria
Tipologia d'esame
Scritto ed orale
Prerequisiti

Gli argomenti trattati nei corsi di Fisica Generale 1 con laboratorio, Fisica Generale 2 con laboratorio, Metodologie di caratterizzazione dei materiali con laboratorio, Chimica Fisica 2.


General Physics 1 and 2, with laboratories, Methods for material characterization with laboratory, Physical Chemistry 2
Oggetto:

Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

  • Sapere descrivere i fenomeni di trasporto nei solidi dal punto di vista classico, semiclassico e quantistico.
  • Padroneggiare le implicazioni della struttura periodica spaziale sulle proprietà elettroniche dei materiali.
  • Sapersi orientare all'interno di una situazione fisica relativa alle proprietà elettriche, termiche e ottiche nei solidi individuando le osservabili fisiche importanti e il loro ordine di grandezza.
  • Saper individuare le principali caratteristiche fisiche dei materiali semiconduttori e le relative tecniche sperimentali per la loro caratterizzazione.

  • Ability to describe transport phenomena in solids, from the classical, semi-classical and quantum point of view 
  • Master the physical models interpreting the effects of the periodic structure of solids on their electronic properties.
  • Ability to manage physical problems relevant to the electronic, thermal and optical properties of solids, identifying prominent physical observables and their order of magnitude. 
  • 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 definizione delle principali caratteristiche ottiche/elettroniche/termiche e strutturali dei materiali solidi.
  • Conoscenza adeguata delle nozioni fondamentali per la definizione delle prestazioni dei principali dispositivi elettronici e sensori a semiconduttore.
  • 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 fondamenti della Fisica dello Stato Solido per comprendere le proprietà elettroniche/ottiche/strutturali e termiche dei materiali
  • 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 electronic/optical/thermal and structural characteristics of solid materials
  • 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 models of Solid State Physics  to understand the electronic/optical/thermal and structural properties of materials.
  • 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 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
Oggetto:

Modalità di insegnamento

L'insegnamento è strutturato in due moduli:

Materiali per l'elettronica con laboratorio  modulo A (CHI0025/A): 6 CFU, 1° Periodo didattico

Materiali per l'elettronica con laboratorio modulo B (CHI0025/B): 6 CFU, 2° Periodo didattico

Tipologia Insegnamento 

Globalmente, il corso prevede

10.5 CFU (84 h) di lezioni frontali con esercitazioni in aula: 6 CFU (48 h) nel modulo A e 4.5 CFU (36 h) nel modulo B di lezioni frontali

1.5 CFU (24 h) di attività in laboratorio e lezioni propedeutiche nel modulo B.

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.

The course is organized in 2 modules:

Materials for electronics with laboratory (CHI0025/A): 6 CFU, 1st semester

 Materials for electronics with laboratory (CHI0025/B): 6 CFU, 2nd semester

 In total, the course consists of

10.5 CFU  (84 h) lectures with classroom exercises; 6 CFU (48 h) lectures in Part A; 4.5 CFU (36 h) lectures in Part B.

1.5 CFU  (24 h) laboratory activities (24 h/student) in Part B.

The participation to the frontal lectures is not compulsory.

The participation to the ithe laboratory is  mandatory for at least 70% of the time devoted to laboratory activities

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Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento si articolerà nelle seguenti valutazioni:

Modulo A: prova scritta ed eventualmente prova orale

tale valutazione è volta a verificare la capacità dello studente a risolvere semplici problemi riguardanti le proprietà ottiche/elettroniche e termiche dei materiali allo stato solido.

La prova scritta consiste in 3 domande su argomenti trattati nel solo modulo A.  Domande simili saranno presentati durante le lezioni, e riportate alla voce materiale didattico. La durata della prova scritta è di 2 ore. Non sarà consentito portare alla prova scritta libri o appunti; saranno disponibili dati essenziali (e.g. costanti fondamentali, tabella periodica degli elementi ed alcune formule fondamentali ) per poter svolgere gli esercizi.

Gli studenti che avranno riportato una valutazione superiore a 17/30, potranno eventualmente richiedere di sostenere nella stessa sessione d'esame una prova orale che verterà sugli argomenti trattati durante il corso.

ESEMPIO DI PROVA SCRITTA

La valutazione del modulo A (prova scritta ed eventualmente prova orale) ha una validità di 12 mesi.  

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 una settimana dal termine delle attività di laboratorio. Eventuali ritardi saranno penalizzati in sede di valutazione. Entro una settimana 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 (ettore.vittone@unito.it)  in formato pdf entro

LUNEDI' 7 MAGGIO 2018.

La discussione delle relazioni avverrà il giorno

MARTEDI' 15 MAGGIO 2018 in aula Verde (Dipartimento di Fisica),

secondo il seguente calendario:

Gruppo 1: h. 9.00

Gruppo 2: h. 9.45

Gruppo 3: h. 10.30

Gruppo 4: h. 11.15

Gruppo 5: h. 12.00

Gruppo 6: h. 12.45

 

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 una domanda relativa alle esperienze in laboratorio e due domande sugli argomenti trattati nelle lezioni del modulo B.

Il voto finale sarà la media delle valutazioni (espresse in trentesimi) riportate nelle tre prove.

Il calendario delle sessioni d'esame è riportato nella piattaforma ESSE3. 

Sessioni straordinarie possono essere richieste solo da studenti in prossimità di discutere la tesi e aventi questo come ultimo esame.

The exam is organized in three parts:

Written Exam:

The exam is aimed to verify the ability of the student to properly solve simple problems regarding the optical/electronic/thermal/structural properties of materials

The exam consists in 3 questions regarding topics of Module A. Similar questions will be presented during the lectures and will be available in the web page. The duration of the exam is 2 hours. Students will not be allowed to use books or notes; synthetic notes (with fundamental constants, periodic table of elements, several fundamental formulas) will be available to support the students in the exam. The written exam  assessment is valid for 12 months.

Laboratory reports:

This exam is aimed to verify the student abilities to properly use the 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 one week 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, relatively 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 exams 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.

Le relazioni dovranno essere inviate al docente (ettore.vittone@unito.it)  in formato pdf entro

LUNEDI' 7 maggio 2018.

La discussione delle relazioni avverrà il giorno

15 maggio 2018 in aula Verde (Dipartimento di Fisica),

secondo il seguente calendario:

Gruppo 1: h. 9.00

Gruppo 2: h. 9.45

Gruppo 3: h. 10.30

Gruppo 4: h. 11.15

Gruppo 5: h. 12.00

Gruppo 6: h. 12.45

 

Oggetto:

Programma

Modulo A

  • La struttura cristallina
  • Diffrazione delle onde e reticolo reciproco
  • Legami nei cristali e costanti elastiche
  • Fononi: vibrazioni nei cristalli
  • Fononi: proprietà termiche
  • Gas di elettroni liberi o di Fermi
  • Bande di energia

Il programma dettagliato è descritto nella pagina relativa al modulo A

  • Modulo B

  • 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.

Il programma dettagliato è descritto nella pagina relativa al modulo B


 

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

  • caratterizzazione mediante effetto Hall di campioni  semiconduttori
  • caratterizzazione elettronica di semiconduttori omogenei e/o eterogenei.caratterizzazione opto-elettronica di LED
  • misura della gap di un materiale semiconduttore omogeneo mediante misure di trasmittanza e fotocorrente

part A

  • The crystal structure 
  • x-ray diffraction and reciprocal lattice
  • Crystal binding and elastic constants 
  • Phonons: vibrations in crystals
  • Phonons: thermal properties 
  • Free electron gas
  • Energy bands 

The detailed program is described in the web page relevant to Part A 

part B.

  • 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.

The detailed program is described in the web page relevant to Part B 

 Practical classes -  2 CFU:

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. 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Testi consigliati e bibliografia

Modulo A

Introduzione alla Fisica dello Stato Solido
Autore: Charles Kittel
Casa editrice: Casa Editrice Ambrosiana
ISBN: 978-88-08-18362-0

Disponibile presso "Piccola Biblioteca di via Quarello"

Modulo B

Dispositivi a semiconduttore
Autore: Simon Sze
Casa editrice: Hoepli

Disponibile presso "Piccola Biblioteca di via Quarello"


 

Altri testi

Solid state physics
Autore: Neil W. Ashcroft, N. David Mermin
Casa editrice: Singapore [etc.] : Brooks/Cole ; Thomson Learning XXI, 826 p. ; 24 cm
ISBN: 0030839939
Url: http://unito-opac.cineca.it/SebinaOpac/Opac?action=search&thNomeDocumento=UTO1230707T

 

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

Url: http://unito-opac.cineca.it/SebinaOpac/Opac?action=search&thNomeDocumento=UTO0070789T

 

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&thNomeDocumento=UTO0841315T



Oggetto:

Orario lezioni

Lezioni: dal 02/10/2017 al 08/06/2018

Nota: Per l'orario dettagliato delle lezioni consultarela pagina "Orario Lezioni"
http://stmateriali.campusnet.unito.it/do/lezioni.pl

Oggetto:

Moduli didattici

Oggetto:
Ultimo aggiornamento: 02/05/2018 09:41