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Oggetto:

Materiali per l'elettronica con laboratorio

Oggetto:

Materials for electronics with laboratory

Oggetto:

Anno accademico 2014/2015

Codice dell'attività didattica
CHI0037/B
Docente
Prof. Ettore Vittone (Titolare del corso)
Corso integrato
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/03 - fisica della materia
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
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 ed il primo modulo del corso di Materiali per l'elettronica.
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Sommario del corso

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Obiettivi formativi

  • Sapere descrivere il moto elettronico all’interno dei solidi dal punto di vista classico, semiclassico e quantistico.
  • Padroneggiare le implicazioni della struttura periodica spaziale nei confronti delle onde, sia elettromagnetiche sia elettroniche.
  • 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.
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Risultati dell'apprendimento attesi

  • Nozioni fondamentali per la definizione delle principali caratteristiche ottiche/elettroniche e termiche dei materiali solidi.
  • Nozioni fondamentali per la definizione delle prestazioni dei principali dispositivi elettronici e sensori a semiconduttore.
  • 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 stato solido.
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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

  • 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:

  • misura dello spessore ottico di film sottili di a-Si:H mediante interferometria in luce bianca
  • 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

 

Lessons and classroom exercises: 4.5 CFU (36 h) 

Laboratory and introductory lessons: 1.5 CFU (24 h)  

  • 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 -  1.5 CFU:

The activities in the laboratory regards 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.
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Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento dell'insegnamento svolto nel II modulo avverrà attraverso una valutazione delle attività di laboratorio ed una prova orale.

Potranno accedere alla prova orale solo gli studenti che hanno superato la prova scritta prevista per il primo modulo.

Le relazioni di laboratorio verranno valutate al termine delle esperienze ed il voto sarà comune a tutti i membri del gruppo. 

CONSEGNA DELLE RELAZIONI DI LABORATORIO - 15.05.2015

La discussione dell'attività svolta in laboratorio si svolgerà con il  seguente calendario.

Il colloquio riguarderà una discussione sull'attività svolta in laboratorio, un esercizio numerico ed una domanda sugli argomenti delle lezioni frontali. 

Il primo esonero riguardante la prova orale del II modulo è fissato il giorno 29.05.2015 alle ore 09.00 nel laboratorio di fisica al II piano interrato del Dipartimento di Fisica

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Programma

PROGRAMMA DETTAGLIATO

  • 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:

  • misura dello spessore ottico di film sottili di a-Si:H mediante interferometria in luce bianca
  • 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

 


DETAILED PROGRAM

  • 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 -  1.5 CFU:

The activities in the laboratory regards 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.
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Testi consigliati e bibliografia

Semiconductor Devices
Autore: S. M. SzeEdizione: 2nd edition, 2002
Casa editrice: John Wiley and Sons
ISBN: 0-471-33372-7

Fisica e Tecnologia dei Dispositivi a Semiconduttore
Autore: A. S. GrooveEdizione: 5a, 1993
Casa editrice: Franco Angeli
ISBN: 9788820483029

 Il linguaggio delle misure a cura di INRIM.

CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants from NIST.

ANIMAZIONI:

http://jas.eng.buffalo.edu/

 

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Note

Tipologia 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.

 

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Ultimo aggiornamento: 18/05/2015 10:54
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