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a Ciclo Unico
Scuola di Scienze
PHYSICS
Insegnamento
PHYSICS OF SEMICONDUCTORS
SCP7081797, A.A. 2018/19

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2017/18

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
PHYSICS
SC2382, ordinamento 2017/18, A.A. 2018/19
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Curriculum PHYSICS OF MATTER [002PD]
Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese PHYSICS OF SEMICONDUCTORS
Sito della struttura didattica http://physics.scienze.unipd.it/2018/laurea_magistrale
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei"
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione INGLESE
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile DAVIDE DE SALVADOR FIS/03
Altri docenti ENRICO NAPOLITANI FIS/03

Mutuante
Codice Insegnamento Responsabile Corso di studio
SC01122935 FISICA E TECNOLOGIA DEI SEMICONDUTTORI DAVIDE DE SALVADOR SC1174

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative FIS/03 6.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Primo semestre
Anno di corso II Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 6.0 48 102.0

Calendario
Inizio attività didattiche 01/10/2018
Fine attività didattiche 18/01/2019
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2017

Commissioni d'esame
Commissione Dal Al Membri
1 PHYSICS OF SEMICONDUCTORS 01/10/2018 30/11/2019 DE SALVADOR DAVIDE (Presidente)
MAURIZIO CHIARA (Membro Effettivo)
NAPOLITANI ENRICO (Membro Effettivo)
CARNERA ALBERTO (Supplente)

Syllabus
Prerequisiti: Prerequisiti matematici:
Funzioni continue. Derivate. Teoremi fondamentali del calcolo differenziale. Massimi e minimi relativi e assoluti. Funzioni trigonometriche esponenziali e logaritmiche. Studio di una funzione. Integrali definiti. Volumi di solidi di rotazione. Serie di Taylor e di Maclaurin. Numeri complessi. Esponenziale in campo complesso. Equazioni differenziali. Equazioni differenziali lineari del primo ordine e del secondo ordine. Funzioni di più variabili. Limiti. Derivate parziali. Massimi e minimi relativi. Punti di sella. Integrali doppi in coordinate polari. Volumi di solidi. Integrali tripli.Calcolo differenziale vettoriale: flusso di un campo vettoriale attraverso una superficie. Divergenza di un campo e teorema della divergenza.
Prerequisiti Fisica di Base
Legge di Coulomb. Campo elettrostatico. Potenziale elettrostatico. Legge di Gauss. Equazioni di Poisson e Laplace. Capacità; condensatore ideale.Dielettrici. Costante dielettrica. Correnti elettriche e densità di corrente. Conservazione della carica. Legge di Ohm. Effetto Joule. Campo magnetico; forza di Lorentz.
Prerequisiti Fisica Quantistica:
I quanti di luce e l'effetto foto-elettrico .Pacchetti d'onda . Il principio di indeterminazione di Heisenberg . Equazione di Shroedinger particella in una scatola. Oscillatore armonico quantistico. Valori di aspettazione . Osservabili e operatori . Incertezza quantistica e proprieta' degli autovalori. Effetto tunnel barriera quadrata. Penetrazione della barriera . Particella in una scatola tridimensionale. Atomo di idrogeno e atomi idrogenoidi: stato fondamentale e stati eccitati.Tavola periodica. Distribuzione di Maxwell–Boltzmann e densita' degli stati. Equipartizione dell'energia. Statistiche quantistiche: distribuzioni di Bose–Einstein e di Fermi–Dirac
Prerequisiti Fisica dello stato Solido
La struttura cristallina dei solidi: il reticolo diretto e il reticolo reciproco. I fononi. La conducibilita' elettrica dei metalli nel modello di Drude. Il teorema di Bloch
Conoscenze e abilita' da acquisire: 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....).
Modalita' di esame: 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.
Criteri di valutazione: 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.
Contenuti: 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. 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. Le archittetture dei laser a stato solido, l'effetto del confinamento quantistico sulle performance di un laser. 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.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: 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.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Saranno forniti i lucidi del corso
Testi di riferimento:
  • Sapoval, Physics of semiconductors. --: Springer Verlag, --. Cerca nel catalogo
  • Singh, Electronic and Optoelectronic Properties of Semiconductor Structures. --: Cambridge, --. Cerca nel catalogo
  • Sze, Simon Min, Semiconductor devicesphysics and technologyS. M. Sze. New York: J. Wiley & sons, --. Cerca nel catalogo

Didattica innovativa: Strategie di insegnamento e apprendimento previste
  • Lecturing
  • Problem based learning
  • Case study
  • Files e pagine caricati online (pagine web, Moodle, ...)

Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Energia pulita e accessibile