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Oggetto:
Oggetto:

Materiali per l'elettronica con laboratorio Modulo B

Oggetto:

Materials for electronics with laboratory Part B

Oggetto:

Anno accademico 2018/2019

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
7 March 2019 
Aula D1  
h. 14.00-16.00
  • [1] Chapter 7
  • Notes
  • [4] Chapter 3.4
Introduction to Band theory; the Bloch's theorem
Lesson II
8 March 2019 
Aula D1
  • h. 9.00-11.00
  • [1] Chapter 7
  • Notes
  • Slides
The Kronig Penney Model
Lesson III
11 March 2019 
Aula D1
h. 9.00-11.00
  • [1] Chapter 7
  • Slides
  • [2] Chapter 1
The effective mass; the concept of hole; insulator, semiconductos, conductors
Lesson IV
12 March 2019 
Aula D1 
h. 9.00-11.00
  • [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
13 March 2019 
Aula D1
h. 14.00-16.00
  • [2] Chapter 2
Donors and Acceptors; non degenerate semiconductors; charge neutrality
Lesson VI
14 March 2019 
Aula D1
h. 9.00-11.00
  • [2] Chapter 3
Band diagrams; transport phenomena: drift. Carrier Mobility. Conductivity, Resistivity, Ohm law.
Lesson VII
14 March 2019 
Aula D1 
h. 14.00-16.00
  • [2] Chapter 3
  • Notes
Carrier Diffusion; Einstein Relation; Current density equations. Quasi fermi levels.
Lesson VIII
15 March 2019 
Aula D1 
h. 09.00-11.00
  • [2] Chapter 3

Generation recombination processes. Direct recombination.

Lesson IX
18 March 2019 
Aula D1 
h. 11.00-13.00
  • [2] Chapter 3

Indirect recombination and the Shockley-Reed-Hall mode (hints). Continuity equation

Lesson X
19 March 2019 
Aula D1 
h. 11.00-13.00
  • [2] Chapter 3

The continuity equation. Time dependent problems

Lesson XI
20 March 2019 
Aula D1 
h. 09.00-11.00
  • [2] Chapter 3

The continuity equation Steady state injection from one side

Lesson XII
21 March 2019 
Aula D1 
h. 09.00-11.00
  • [2] Chapter 4

The band diagram of the p-n junction; the built in potential

Lesson XIII
22 March 2019 
Aula D1 
h. 09.00-11.00
  • [2] Chapter 4

Electostatics of the p-n junction

 

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.

Organization of the laboratory activities

LABORATORY REPORT DEADLINE : 5 May 2019

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: 24/04/2019 09:29