Presentazione

Organizzazione della Didattica

DM270
SCIENZA DEI MATERIALI ORD. 2015


8

Corsi comuni

 

Frontali Esercizi Laboratorio Studio Individuale
ORE: 48 24 0 128

Periodo

AnnoPeriodo
I anno1 semestre

Frequenza

Obbligatoria

Erogazione

Convenzionale

Lingua

Italiano

Calendario Attività Didattiche

InizioFine
01/10/201620/01/2017

Tipologia

TipologiaAmbitoSSDCFU
caratterizzanteDiscipline fisiche e chimicheFIS/038


Responsabile Insegnamento

ResponsabileSSDStruttura
Prof. DE SALVADOR DAVIDEFIS/03Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei"

Altri Docenti

DocenteCoperturaSSDStruttura
Prof. NAPOLITANI ENRICOIstituzionaleFIS/03Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei"

Attività di Supporto alla Didattica

Non previste.

Bollettino

Conoscenza di base della fisica quantistica e dello stato solido.

Conoscenze: principi fisici alla base del comportamento dei materiali semiconduttori. L'obbiettivo del corso è fornire i concetti di base che permettano allo studente di comprendere il principio di funzionamento di un semplice dispositivo a semiconduttore. Dopo una prima parte in cui vengono introdotti i principi fisici, verranno descritti i principali dispositivi e alcuni processi fisici che servono a fabbricarli. Lo studente alla fine del corso dovrebbe avere l'abilità di prevedere quale struttura a bande assume un semplice sistema che contenga metalli, isolanti e semiconduttori drogati e di comprendere la spiegazione di come tale struttura si comporta in presenza di sollecitazioni esterne (campi, illuminazione....).

Lezione frontale con esposizione delle teorie di base e dei principi di funzionamento dei dispositivi. Esempi di approfondimento che permettano di applicare le teorie esposte e di quantificare gli ordini di grandezza dei parametri fisici coinvolti. Richiamo alle attività di laboratorio parallelamente svolte nel corso di metodi fisici di caratterizzazione dei materiali e loro connessione con la teoria.

Richiamo della struttura cristallina dei principali semiconduttori. Semiconduttori elementari, composti e leghe. Richiamo di concetti di base (teorema di Bloch, massa efficace, concetto di buca). Origine e specificità della struttura a bande dei semiconduttori. Metodo tigth binding per il calcolo approssimato delle bande in un semiconduttore a struttura diamante e nel grafene. Le bande reali (esempi GaAs,Si,Ge,AlGaAs). Il metodo della funzione inviluppo per il calcolo degli stati quantistici provenienti da potenziali aperiodici. Il meccanismo di drogaggio. I portatori in un semiconduttore omogeneo in funzione di drogaggio e temperatura (semic. non degenere, intrinseco, ionizzato, non ionizzato, in saturazione). La compensazione da livello profondo. Il semiconduttore non omogeneo all’equilibrio. Il caso della giunzione p-n. Trasporto di carica nei semiconduttori. Equazione di drift-diffusione. Fenomeni di scattering intrabanda e mobilità in un semiconduttore. I meccanismi di generazione e ricombinazione in un semiconduttore. L’equazione di continuità. Il caso della giunzione p-n fuori equilibrio: polarizzazione e illuminazione. Le eterogiunzioni le giunzioni metallo/semiconduttore, metallo/ossido/semiconduttore. Il confinamento quantistico nei semiconduttori, quantum well, quantum wire, quantum dot. LED, LED basati su GAN, fotodetector. Celle fotovoltaiche. Diverse architetture e materiali per il fotovoltaico. Efficienza. Meccanismi di perdita di efficienza. Celle a film sottile. Tecnologie produttive.Transistor bipolare e FET. Struttura MOS. Tecniche per il drogaggio. Impianto ionico. Diffusione e difetti. Isolanti, ossidazione termica. Legge di Moore e riscalamento. Problematiche e nuovi materiali.

Esame orale. Durante il semestre sarà possibile (a discrezione dello studente) sostenere una verifica intermedia orale sulla prima parte del corso riguardante i principi fisici e sostenere alla fine una seconda parte riguardante i dispositivi e i processi.

Verranno valutate: -le capacità di esporre una o più delle teorie di base che spiegano il comportamento fisico dei semiconduttori. - la comprensione del principio di funzionamento di uno o più dispositivi a semiconduttore spiegati nel corso. - la capacità di comprendere la struttura a bande e il comportamento elettrico di una semplice struttura contente semiconduttori drogati, metalli e isolanti.

Singh, Electronic and Optoelectronic Properties of Semiconductor Structures. : Cambridge, Sapoval, Physics of semiconductors. : Springer Verlag, Sze, Simon Min, Semiconductor devicesphysics and technologyS. M. Sze. New York: J. Wiley & sons, 0

Saranno forniti i lucidi del corso