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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 2019/2020

Codice dell'attività didattica
CHI0025/B
Docenti
Prof. Ettore Vittone
Prof. Jacopo Forneris (Titolare del corso)
Insegnamento integrato
Corso di studi
Scienza e Tecnologia dei Materiali
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.

upload_Coronavirus-2019-nCoV-CDC-23312_without_background.png DIDATTICA ALTERNATIVA: Obiettivi formativi invariati

 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.

upload_Coronavirus-2019-nCoV-CDC-23312_without_background.png DIDATTICA ALTERNATIVA: Risultati dell'apprendimento attesi invariati

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

upload_Coronavirus-2019-nCoV-CDC-23312_without_background.png DIDATTICA ALTERNATIVA:

La didattica frontale del modulo B è erogata in modalità a distanza per tutto il periodo di chiusura delle strutture didattiche dell'Università in relazione al DM "#IoRestoaCasa" con:

  • Materiale didattico pubblicato su Campusnet e moodle: lezioni asincrone (registrate);  Disponibilita' su Campusnet e Moodle della videoriunione,
  • Comunicazione con gli studenti: email per domande di carattere personale

La didattica laboratoriale verrà sostutivamente erogata in modalità telematica entro il 03.05.2020. 

  • Tutte le relative informazioni sono disponibili in questo link (attivo dal 10.04.2020). Per ogni ulteriore informazione, si prega di contattare i docenti (J. Forneris, E. Vittone).
  • La consegna delle relazioni di laboratorio  è fissata per il 10/05/2020.

LE VIDEOREGISTRAZIONI DELLE LEZIONI E DELLE ATTIVITA' LABORATORIALI SONO DISPONIBILI SULLA PIATTAFORMA MOODLE

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

upload_Coronavirus-2019-nCoV-CDC-23312_without_background.png DIDATTICA ALTERNATIVA: Programma invariato

  • 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.

A CAUSA DELL'EMERGENZA SANITARIA, TUTTE LE ATTIVITA' DI LABORATORIO SONO SOSPESE  

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.

 

upload_Coronavirus-2019-nCoV-CDC-23312_without_background.png DIDATTICA ALTERNATIVA:

La didattica frontale del modulo B è erogata in modalità a distanza per tutto il periodo di chiusura delle strutture didattiche dell'Università in relazione al DM "#IoRestoaCasa" con:

  • Materiale didattico pubblicato su Campusnet e moodle: lezioni asincrone (registrate);  Disponibilita' su Campusnet e Moodle della videoriunione,
  • Comunicazione con gli studenti: email per domande di carattere personale

La didattica laboratoriale verrà sostutivamente erogata in modalità telematica entro il 03.05.2020. 

  • Tutte le relative informazioni sono disponibili in questo link (attivo dal 10.04.2020). Per ogni ulteriore informazione, si prega di contattare i docenti (J. Forneris, E. Vittone).
  • La consegna delle relazioni di laboratorio  è fissata per il 10/05/2020.

LE VIDEOREGISTRAZIONI DELLE LEZIONI E DELLE ATTIVITA' LABORATORIALI SONO DISPONIBILI SULLA PIATTAFORMA MOODLE

 

   

References

Topics

Lesson I
Video Lecture 1
14 min; 28 s
Introduction to Band theory;
Lesson II
Video Lecture 2
19 min; 50 s
The Bloch theorem
Lesson III
Video Lecture 3
49 min; 06 s
The Kronig-Penney model
Lesson IV
Video Lecture 4
38 min; 35 s
The Kronig-Penney model Energy band, Energy gap
Lesson V
Video Lecture 5
18 min; 45 s
Effective mass
Lesson VI
Video Lecture 6
39 min; 44 s
Optical transitions; direct and indirect band gap; holes
Lesson VII
Video Lecture 7
33 min; 55 s
  • [2] Ch. 2.6
Intrinsic Semiconductors
Lesson VIII
Video Lecture 8
24 min; 55 s
Doping
Lesson IX
Video Lecture 9
37 min; 14 s
  • [2] Ch. 2.7.1
Non degenerate semiconductors
Lesson X
Video Lecture 10
37 min; 14 s
  • [2] Ch. 3.1.1
Carrier Transport Phenomena: mobility
Lesson XI
Video Lecture 11
40 min; 21 s
  • [2] Ch. 3.1.2
Resistivity, ohm law
Lesson XII
Video Lecture 12
26 min; 41 s
  • [2] Ch. 3.2.1
Diffusion Process
Lesson XIII
Video Lecture 13
24 min; 34 s
  • [2] Ch. 3.1.2
Electrostatics and band diagram
Lesson XIV
Video Lecture 14
27 min; 40 s
IMREF: quasi Fermi levels
Lesson XV
Video Lecture 15
31 min; 40 s
  • [2] Ch. 3.3.1
Generation - Recombination Processes - part 1
Lesson XVI
Video Lecture 16
17 min; 15 s
Errata-Corrige
  • [2] Ch. 3.3.1
Generation - Recombination Processes - part 2
Lesson XVII
Video Lecture 17
14 min; 22 s
Generation - Recombination Processes - part 3
Lesson XVIII
Video Lecture 18
22 min; 16 s
  • [2] Ch. 3.4
Continuity Equations
Lesson XIX
Video Lecture 19
29 min; 57 s
  • [2] Ch. 3.4.1
Steady State Injection from one side
Lesson XX
Video Lecture 20
13 min; 02 s
The Haynes Shockley experiment
Lesson XXI
Video Lecture 21
08 min; 42 s
High Field Effects
Lesson XXII
Video Lecture 22
18 min; 37 s
  • [2] Ch. 4
pn junction: Introduction
Lesson XXIII
Video Lecture 23
37 min; 44 s
  • [2] Ch. 4
pn junction: Built in potential
Lesson XXIV
Video Lecture 24
45 min; 54 s
  • [2] Ch. 4
pn junction: Electrostatics I
Lesson XXV
Video Lecture 25
32 min; 15 s
pn junction: Electrostatics II
Lesson XXVI
Video Lecture 26
16 min; 08 s
pn junction: Applied Bias Voltage
Lesson XXVII
Video Lecture 27
18 min; 36 s
  • [2] Ch. 4
pn junction: Capacitance - Voltage characteristics
Lesson XXVIII
Video Lecture 28
12 min; 13 s
  • [2] Ch. 4.5
pn junction: Current-Voltage characteristics; introduction
Lesson XXIX
Video Lecture 29
40 min; 15 s
  • [2] Ch. 4.5
pn junction: Current-Voltage characteristics I
Lesson XXX
Video Lecture 30
34 min; 24 s
  • [2] Ch. 4.5
pn junction: Current-Voltage characteristics II
Lesson XXXI
Video Lecture 31
37 min; 36 s
  • [2] Ch. 4.5
pn junction: Current-Voltage characteristics-Shockley formula
Lesson XXXII
Video Lecture 32
24 min; 04 s
pn junction under applied bias
Lesson XXXIII
Video Lecture 33a
28 min; 18 s
Video Lecture 33b
28 min; 58 s

pn junction: applications 

Rectifiers, photodetectors, solar cells, LED

Lesson XXXIV
Video Lecture 34
18 min; 10 s
  • Slides
pn junction: fabrication - optional
END OF LESSONS

 

 

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

[6] Fisica dei Semiconduttori
Autore: Luciano Colombo
Casa editrice: Zanichelli



Oggetto:
Ultimo aggiornamento: 29/06/2020 12:22