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Oggetto:
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Materiali per l'elettronica con laboratorio Modulo B

Oggetto:

Materials for electronics with laboratory Part B

Oggetto:

Anno accademico 2020/2021

Codice dell'attività didattica
CHI0025/B
Docenti
Prof. Ettore Vittone (Titolare del corso)
Prof. Jacopo Forneris (Titolare del corso)
Insegnamento integrato
Corso di studi
Corso di Laurea Triennale in Scienza dei Materiali (D.M.509)
Anno
3° anno
Periodo didattico
Secondo semestre
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. 

upload_Coronavirus-2019-nCoV-CDC-23312_without_background.png HEALTH EMERGENCY: Unchanged educational objectives

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 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

upload_Coronavirus-2019-nCoV-CDC-23312_without_background.png HEALTH EMERGENCY: Unchanged expected learning outcomes

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.

 EMERGENZA SANITARIA:

Nel caso perperdurasse l'emergenza sanitaria anche nel 2o periodo didattico, per le lezioni frontali si seguirà quanto riportato per il modulo A. 
Le lezioni saranno in ogni caso disponibili in modalità telematica asincrona e reperibili presso la pagina Moodle del corso.

Per quanto riguarda il modulo di laboratorio del corso, verrà garantita l'erogazione della didattica laboratoriale in presenza compatibilmente con le normative vigenti, ovvero in termini di numero massimo di frequentatori simultanei del laboratorio. Eventuali rimodulazioni della calendarizzazione delle sessioni laboratoriali e riduzioni del monte orario delle stesse saranno valutate dai docenti sulla base dei vincoli che saranno imposti all'accessibilità dei laboratori. 

Dettagli sulla organizzazione della didattica laboratoriale sono disponibili nella pagina Moodle

4.5 CFU  (36 h) lectures with classroom exercises

1.5 CFU  (24 h) laboratory activities

Attending to lectures is not mandatory.

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

 Health emergency:

if the health emergency will be extended to the 2nd teaching period, lectures will be given as above described for part A.
The lectures will be in any case available in asynchronous mode on the Moodle web page of chte course.

 The laboratory sessions in physical presence will be guaranteed, compatibly with the concurrent rules of access to the institute, particularly with regards to the maximum number of students allowed at the same time in the laboratories. Possible modifications to the laboratory sessions timetable and a possible reduction in their overall number will be evaluated by the teachers on the basis of the rules defined by the University and/or by the Department.

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

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.

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.

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 (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)

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

Le modalità di verifica dell'apprendimento saranno definite in base alle disposizioni emanate dall'Ateneo e/o dal Corso di Studi.


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 Modulo B potranno svolgersi in modalità telematica

 


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, relative 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).

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 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.


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)

 

upload_Coronavirus-2019-nCoV-CDC-23312_without_background.png  HEALTH EMERGENCY:

In concurrence with the health emergency, the teachers will adopt 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:

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.

Il programma dettagliato è disponibile alla pagina Moodle del corso

 

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


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

upload_Coronavirus-2019-nCoV-CDC-23312_without_background.png DIDATTICA ALTERNATIVA: nel caso perdurassero le restrizioni dettate dall'emergenza sanitaria, il programma del corso di laboratorio potrà subire modificazioni, in accordo con le disposizioni rettorali e/o dipartimentali.

L'organizzazione delle attività laboratoriali è descritta nelle pagine moodle del corso

  • 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.

upload_Coronavirus-2019-nCoV-CDC-23312_without_background.png HEALTH EMERGENCY: Unchanged programme


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 HEALTH EMERGENCY: if the health emergency persists, the laboratory classes could change, in accordance with the rectoral and/or departmental provisions   

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



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Ultimo aggiornamento: 28/02/2021 18:06