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Materiali per l'optoelettronica

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Materials for Optoelectronics

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Anno accademico 2018/2019

Codice dell'attività didattica
MFN0854
Docente
Dott. Lorenzo Mino (Titolare del corso)
Corso di studi
008510-103 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica dell'Ambiente e delle Tecnologie Avanzate
008510-104 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica delle Tecnologie Avanzate
008510-106 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica Nucleare e Sub-nucleare
Anno
1° anno
Periodo didattico
Secondo periodo didattico Terzo periodo didattico
Tipologia
C=Affine o integrativo
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
CHIM/02 - chimica fisica
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Orale
Prerequisiti
Propedeutico a
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Obiettivi formativi:

• Fornire agli studenti le nozioni fondamentali di meccanica quantistica necessarie per stimare il valore dell’Energy Gap di un materiale semiconduttore e di un’eterostruttura.

• Fornire agli studenti le nozioni fondamentali per la comprensione dei fenomeni fisici alla base di alcune delle più diffuse tecniche sperimentali per la caratterizzazione di materiali semiconduttori ed eterostrutture per l’emissione laser.

Educational goals:

• To provide the students with fundamental notions of Quantum Mechanics necessary for estimating the value of the Energy Gap of a semiconductor material and an heterostructure.

• To provide the students with the fundamental notions for understanding physical phenomena at the base of some of the most widespread experimental techniques to characterize semiconductor materials and heterostructures for laser emission.

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Risultati dell'apprendimento attesi

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Modalità di insegnamento

Il corso prevede 48 ore di lezioni teoriche e esercitazioni in aula che prevedono l’uso di programmi di modellistica molecolare. Le slide presentate a lezione sono fornite agli studenti nel materiale didattico online.

The course consists of 48 hours of theoretical lessons and exercises involving the use of molecular modeling programs. In the section devoted to teaching materials, the slides presented during the lessons are available.

 



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Modalità di verifica dell'apprendimento

Modalità di esame: orale.

Examination procedure: Oral.

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Attività di supporto

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Programma

  • Introduzione all’optoelettronica e ai sistemi di comunicazione in fibra ottica.
  • Forma generale dell’operatore hamiltoniano molecolare. Approssimazione di Born-Oppenheimer. Approssimazione LCAO.
  • Molecola di H2+ e molecole biatomiche omonucleari: autovalori ed autofunzioni dell’operatore hamiltoniano, orbitali molecolari leganti ed antileganti.
  • Molecole biatomiche eteronucleari: componente covalente e componente ionica all’energia di legame.
  • Molecole poliatomiche e orbitali atomici ibridi. Polimeri conduttori come esempio di molecola monodimensionale infinita.
  • Soluzione dell’equazione di Schrödinger in cristalli mono-, bi- e tri-dimensionali infiniti in approssimazione LCAO.
  • Definizione di cella elementare e di zona di Brillouin. Calcolo delle bande per semiconduttori di interesse per l’optoelettronica.
  • Semiconduttori a gap diretto ed indiretto. Massa efficace di elettroni e lacune.
  • Finestre di trasmissione in fibra ottica e band-gap engineering. Leghe ternarie e quaternarie di semiconduttori. Strutture a confinamento quantistico (quantum well, quantum wire, quantum dot).
  • Tecniche di crescita epitassiale per la realizzazione di semiconduttori e di eterostrutture per l’optoelettronica (LPE, VPE, MBE, CBE, MOCVD).
  • Teoria della nucleazione e fondamenti di crescita cristallina.
  • Tecniche di caratterizzazione di semiconduttori e di eterostrutture: diffrazione di raggi X ad alta risoluzione, microscopia elettronica, fotoluminescenza, spettroscopie di fotoemissione, diffrazione di elettroni, tecniche basate sulla luce di sincrotrone.

 

 

  • Introduction to optoelectronics and to fiber-optic communication.
  • Molecular Hamiltonian operator. Born-Oppenheimer approximation. LCAO approximation.
  • H2+ and diatomic molecules: eigenvalues and eigenfunctions of the Hamiltonian operator, bonding and antibonding orbitals.
  • Heteronuclear diatomic molecules: covalent and ionic contributions to bond energy.
  • Polyatomic molecules and hybrid atomic orbitals. Conductive polymers as an example of an infinite one-dimensional molecule
  • Solution of the Schrödinger equation in infinite 1D, 2D and 3D crystals in LCAO approximation.
  • Definition of elementary cell and Brillouin zone. Band calculation for semiconductors of interest for optoelectronics.
  • Direct and indirect band gap semiconductors. Effective mass of electrons and holes
  • Fiber optic transmission windows and band-gap engineering. Ternary and quaternary semiconductor alloys. Quantum-confined structures (quantum well, quantum wire, quantum dot).
  • Epitaxial growth techniques for the realization of semiconductors and heterostructures for optoelectronics (LPE, VPE, MBE, CBE, MOCVD).
  • Nucleation theory and fundamentals of crystalline growth.
  • Characterization techniques for semiconductors and heterostructures: high-resolution X-ray diffraction, electron microscopy, photoluminescence, photoemission spectroscopy, electron diffraction, techniques based on synchrotron radiation.

Testi consigliati e bibliografia

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1. Dispense su supporto cartaceo ed elettronico fornite direttamente agli studenti

2. Alonso Finn, III

3. Characterization of Semiconductor Heterostructures and Nanostructures, (C. Lamberti Ed.) Elsevier, Amsterdam (NL), 2008. ISBN: 978-0-444-53099-8.

1. Lecture notes on paper and electronically available given directly to the students.

2. Alonso Finn, III

3. Characterization of Semiconductor Heterostructures and Nanostructures, (C. Lamberti Ed.) Elsevier, Amsterdam (NL), 2008. ISBN: 978-0-444-53099-8.



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Orario lezioni

GiorniOreAula
Giovedì16:00 - 18:00Aula Avogadro Dipartimento di Fisica
Venerdì14:00 - 16:00Aula Avogadro Dipartimento di Fisica

Lezioni: dal 14/01/2019 al 14/06/2019

Nota: NEL III PD le lezioni si svolgeranno in aula Avogadro
Giov 14-16
Ven 14-16

Eccezioni:
11.4-12.4-24.5 Aula Wick
2.5 Aula Castagnoli
23.5 Aula Franzinetti
24.5 Aula D

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Ultimo aggiornamento: 08/05/2019 15:08