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

Materiali per l'elettronica con laboratorio Modulo B

Oggetto:

Materials for electronics with laboratory Part B

Oggetto:

Anno accademico 2017/2018

Codice dell'attività didattica
CHI0025/B
Docente
Prof. Ettore Vittone
Insegnamento integrato
Corso di studi
Scienza e Tecnologia dei Materiali-Indirizzo Industriale
Anno
3° anno
Tipologia
Affine o integrativo
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Frequenza alle lezioni facoltativa. Frequenza al laboratorio obbligatoria
Tipologia d'esame
Orale e relazione laboratorio
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. 

Oggetto:

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 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

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

1.5 CFU (24 h) di attività in laboratorio e lezioni propedeutiche

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.

4.5 CFU  (36 h) lectures with classroom exercises

1.5 CFU  (24 h) laboratory activities

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

 

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

Oggetto:

Programma

  • 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.

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

  • 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 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.

 

   

References

Topics

Lesson I
12 March 2018 
Aula 19 - via Quarello 
h. 09.00-11.00
  • [1] Chapter 7
  • Notes
  • [4] Chapter 3.4
Introduction to Band theory; the Bloch's theorem
Lesson II
14 March 2018 
Aula 19 - via Quarello
  • h. 11.00-13.00
  • [1] Chapter 7
  • Notes
  • Slides
The Kronig Penney Model
Lesson III
15 March 2018 
Aula 19 - via Quarello
h. 11.00-13.00
  • [1] Chapter 7
  • Slides
  • [2] Chapter 1
The effective mass; the concept of hole; insulator, semiconductos, conductors
Lesson IV
16 March 2018 
Aula D1 - via P. Giuria 
h. 11.00-13.00
  • [1] Chapter 7
  • Slides
  • [2] Chapter 1
Introduction to semiconductor physics; semiconductor materials: Si, GaAs Direct and indirect band gap semiconductor Valence and Conduction Band; the energy-momentum diagram; Effective mass,
Lesson V
19 March 2018 
Aula Diagonale
h. 11.00-13.00
  • [2] Chapter 2
Donors and Acceptors; non degenerate semiconductors; charge neutrality
Lesson VI
20 March 2018 
Aula 14 - via Quarello
h. 11.00-13.00
  • [2] Chapter 3
Band diagrams; transport phenomena: drift. Carrier Mobility. Conductivity, Resistivity, Ohm law.
Lesson VII
22 March 2018 
Aula 12 - via Quarello 
h. 09.00-11.00
  • [2] Chapter 3
  • Notes
Carrier Diffusion; Einstein Relation; Current density equations. Quasi fermi levels.
Lesson VIII
23 March 2018 
Aula 12 - via Quarello 
h. 09.00-11.00
  • [2] Chapter 3

Generation recombination processes. Direct recombination.

Lesson IX
26 March 2018 
Aula Diagonale 
h. 09.00-11.00
  • [2] Chapter 3
 Indirect recombination and the Shockley-Reed-Hall mode
Lesson X
28 March 2018 
Aula Diagonale 
h. 11.00-13.00
  • [2] Chapter 3
 The continuity equation

Steady state injection from one side

Lesson XI
04 April 2018 
Aula Diagonale 
h. 09.00-11.00
  • [2] Chapter 3
 Minority carriers at the surface

The Haynes-Shockley experiment

Lesson XII
04 April 2018 
Auletta II 
h. 15.00-17.00
  • [2] Chapter4
 p-n junction
Lesson XIII
05 April 2018 
Auletta I 
h. 11.00-13.00

  • [2] Chapter 4
Thermal equilibrium conditions
Lesson XIV
09 April 2018 
Aula Avogadro 
h. 14.00-16.00

[2] Chapter 4
 Depletion region: abrupt junction

Depletion capacitance; capacitance-Voltage characteristics

Evaluation of impurity distribution

Lesson XV
10 April 2018 
Aula Diagonale 
h. 14.00-16.00

[2] Chapter 4
 Current voltage characteristics; Ideal characteristics
Lesson XVI
11 April 2018 
Aula Diagonale 
h. 14.00-16.00

[2] Chapter 4

 Non ideal characteristics: generation-recombination (hints)

Introduction to laboratory activities:

-       Diode electrical characterization

Lesson XVII
12 April 2018 
Aula Diagonale 
h. 14.00-16.00

Notes
 Introduction to laboratory activities:

-       Light Emitting Diodes

Lesson XVIII
13 April 2018 
Aula D1 
h. 09.00-11.00

Notes
 Introduction to laboratory activities:

-       The Hall effect : notes for the laboratory activities

-  Energy gap of a semiconducttor through Photoconductivity and transmission measurements. 

 

 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

 

[1]  Introduzione alla Fisica dello Stato Solido 
Autore: Charles Kittel
Casa editrice: Casa Editrice Ambrosiana
ISBN:  978-88-08-18362-0
Disponibile presso la "Piccola Biblioteca di via Quarello"

[2]  Dispositivi a semiconduttore
Autore: S.M. Sze
Casa editrice: Hoepli
Disponibile presso la "Piccola Biblioteca di via Quarello"

oppure l'edizione inglese:

[2]  Semiconductor Devices
Autore: S.M. Sze
Edizione: 2002
Casa editrice: John Wiley & Sons
ISBN: 0471333727



 [3]  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

[4]  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

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



Oggetto:
Ultimo aggiornamento: 19/04/2018 17:56