Vai al contenuto principale
Coronavirus: aggiornamenti per la comunità universitaria / Coronavirus: updates for UniTo Community
Oggetto:
Oggetto:

Materiali per l'elettronica con laboratorio

Oggetto:

Materials for electronics with laboratory

Oggetto:

Anno accademico 2021/2022

Codice dell'attività didattica
CHI0025
Docenti
Prof. Ettore Vittone (Titolare del corso)
Prof. Jacopo Forneris (Titolare del corso)
Prof. Paolo Olivero (Titolare del corso)
Corso di studi
Scienza e Tecnologia dei Materiali
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
Mista
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

Oggetto:

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. 
Oggetto:

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 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

 

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

Dettagli sulla modalità di insegnamento sono reperibili nelle pagine CAMPUSNET dei due moduli.

Tipologia Insegnamento 

Globalmente, il corso prevede

10.5 CFU (84 h) di lezioni frontali e sessioni di svolgimento guidato di esercizi numerici: 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 into 2 modules:

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

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

Details on the teaching methods are available at the relevant CAMPUSNET web pages

 In total, the course consists of

10.5 CFU  (84 h) lectures and numerical exercises practicals; 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.

Attending to lectures is not mandatory.

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

 

Oggetto:

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

TESTO E SOLUZIONE ULTIMA PROVA SCRITTA 

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

Verrà considerato il voto più alto riportato nella sessione d'esame (per esempio se nel primo appello della sessione invernale si consegue il voto X e nel secondo appello il voto Y, si considererà nel voto finale il punteggio più alto fra X e Y)

Verrà considerato esclusivamente l'ultimo voto fra quelli conseguiti in sessioni differenti (per esempio, se si consegue il voto X nella sessione invernale ed il voto Y nella sessione estiva, verrà considerato ai fini della votazione finale il solo voto Y).

upload_Coronavirus-2019-nCoV-CDC-23312_without_background.png Emergenza Sanitaria 

 In ottemperanza con le disposizioni rettorali ,

Le studentesse e gli studenti che si trovano in una delle seguenti condizioni

  • fragilità
  • residenza o domicilio fuori regione 
  • assenza temporanea dal territorio regionale per esigenze documentabili

potranno richiedere lo svolgimento delle prove in modalità telematica. La richiesta dovrà essere indicata al momento dell'iscrizione ad ogni singolo esame, inserendo la motivazione nel campo note.

In tal caso, la prova di verifica del Modulo A si svolgerà telematicamente sulla piattaforma WEBEX, al link

https://unito.webex.com/meet/ettore.vittone

La prova si svolgerà oralmente seguendo la stessa struttura della prova scritta:

1 domanda su un argomento svolto a lezione

1 esercizio simile a quelli presenti nell'eserciziario.

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 (jacopo.forneris@unito.it)  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.

upload_Coronavirus-2019-nCoV-CDC-23312_without_background.png Emergenza Sanitaria 

In ottemperanza con le disposizioni rettorali ,

Le studentesse e gli studenti che si trovano in una delle seguenti condizioni

  • fragilità
  • residenza o domicilio fuori regione 
  • assenza temporanea dal territorio regionale per esigenze documentabili

potranno richiedere lo svolgimento delle prove in modalità telematica. La richiesta dovrà essere indicata al momento dell'iscrizione ad ogni singolo esame, inserendo la motivazione nel campo note; inoltre si dovrà inviare al docente un documento che attesti una delle situazioni sopra elencate.

In tal caso, la prova di verifica del  si svolgerà telematicamente sulla piattaforma WEBEX  al link

https://unito.webex.com/meet/ettore.vittone


Il voto finale sarà la media della valutazione della  modulo A e della media della prova orale e di laboratorio del modulo B:

Voto finale = 0.5*(voto modulo A)+0.25*(voto Laboratorio + voto prova orale modulo B) 

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

Sessioni straordinarie possono essere richieste solo da studenti 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's 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 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, 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.

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).

The final score is given by the following expression:

0.5*(score of Mod. A)+0.25*(score of Lab + score of the oral exam of Mod. B)

 HEALTH EMERGENCY:

In concurrence with the health emergency, the teachers will adopte the online exam procedure, which will be defined  on the basis of the dispositions of the University of Torino and/or of the Department.

Oggetto:

Attività di supporto

Durante il corso, saranno tenute sessioni di svolgimento guidato di esercizi numerici, in preparazione alla prova scritta prevista per il modulo A.

During the course, numerical exercises practicals will be integrated into frontal lessons.

Oggetto:

Programma

Modulo A

Il programma dettagliato è descritto nella pagina relativa al 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

Modulo B

Il programma dettagliato è descritto nella pagina relativa al modulo B

Lezioni frontali

  • 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

 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 detailed program is given in the CAMPUSNET web page relevant to 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 

part B.

The detailed program is given in the CAMPUSNET web page relevant to 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.

 Practical 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. 

 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

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 Guzzi Edizione: Milano 2004
Casa editrice: Hoepli
ISBN: 8820333813
Url: http://unito-opac.cineca.it/SebinaOpac/Opac?action=search&thNomeDocumento=UTO0841315T



Oggetto:

Orario lezioni

Lezioni: dal 01/10/2020 al 11/06/2021

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: 11/11/2021 17:52