- Oggetto:
- Oggetto:
Fisica dello stato solido II
- Oggetto:
Anno accademico 2008/2009
- Codice dell'attività didattica
- S8173
- Docente
- Dott. Paolo Olivero (Titolare del corso)
- Corso di studi
- c211 laurea spec. in fisica delle tecnologie avanzate
- Anno
- 1° anno
- Periodo didattico
- Secondo periodo didattico
- Tipologia
- Caratterizzante
- Crediti/Valenza
- 6
- SSD dell'attività didattica
- FIS/03 - fisica della materia
- Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
Il corso ha lo scopo di trattare aspetti avanzati dell'interazione radiazione-materia, e di approfondire lo studio di dispositivi opto-elettronici quali:
- celle fotovoltaiche
- laser a stato solido
- nanostrutture a bassa dimensionalità (2D, 1D, 0D)
- cristalli fotonici
- Oggetto:
Programma
# data Argomenti trattati 1 15/01/09 Introduzione al corso
Richiamo concetti introduttivi: unità di misura: Sistema Internazionale e Sistema simmetrico di Gauss
Richiamo concetti introduttivi: i semiconduttori: peculiarità e classificicazione (gruppo IV, composti III-V, etc.), struttura cristallina diamante e zinco-blenda, bande energetiche
Richiamo concetti introduttivi: reticolo reciproco, prima zona di Brillouin, calcolo della prima zona di Brillouin per il reticolo cubico a facce centrate e identificazione punti notevoli
Richiamo concetti introduttivi: introduzione spin-orbita e splitting della banda di valenza in sotto-bande "leggere" e "pesanti"
2 16/01/09 Teorema di Bloch
Massa efficace
Statistica dei portatori intrinseci, dipendenza della conducibilità dalla temperatura
3 19/01/09 Stati localizzati nella gap: calcolo funzione d'onda
Livelli di donore e accettore, livelli "shallow" e "deep", livelli risonanti
Statistica dei portatori estrinseci, dipendenza della conducibilità dalla temperatura
4 20/01/09 Richiamo concetti introduttivi: giunzioni pn: correnti di drift e diffusione, polarizzazione diretta e inversa, legge del diodo
Celle fotovoltaiche: processo di generazione della fotocorrente, regione attiva
5 22/01/09 Celle fotovoltaiche: caratteristica IV ideale, processi di assorbimento, effetto della gap energetica, caratteristica IV reale (resistenza in serie e resistenza di shunt) 6 29/01/09 Celle fotovoltaiche: fill factor, efficienza
Laser a stato solido: processi di interazione radiazione materia (assorbimento, emisione stimolata, emissione spontanea), determinazione coefficienti caratteristici
7 30/01/09 Laser a stato solido: inversione di popolazione, amplificazione, cavità di Fabry-Perot
Diodo laser: giunzione pn in polarizzazione diretta, statistica dei portatori in condizioni di non-equilibrio
8 02/02/09 Diodo laser: condizione di Bernard-Duraffourg, calcolo della corrente di iniezione di soglia (GaAs)
Etero-giunzioni Al(x)Ga(1-x)As
9 03/02/09 Laser a etero-giunzione
Cenni ad altri sistemi a stato solido di interesse: materiali amorfi, cristalli organici
Tecniche di crescita di etero-strutture: Molecular Beam Epitaxy
Super-reticoli: oscillazioni di Bloch
10 09/02/09 Quantum wells: stati legati e stati liberi
Calcolo livelli energetici e densità di stati (approssimazione buca a pareti infinite)
Stati legati in quantum well (buca di potenziale a pareti non-infinite)
11 10/02/09 Quantum wires: livelli energetici e densità di stati
Quantum dots: livelli energetici e densità di stati
Introduzione ai cristalli fotonici: eq. di Maxwell
12 12/02/09 Cristalli fotonici: master equation, sue proprietà in analogia con la meccanica quantistica (linearità, hermitianità, autovalori reali e positivi)
Cristalli fotonici: teorema variazionale e regole euristiche derivanti
13 13/02/09 Analogie e differenze tra la trattazione dei cristalli fotonici e la meccanica quantistica
Cristalli fotonici: leggi di invarianza di scala
Simmetrie e modi: simmetria traslazionale continua e sistema "a slab"
14 16/02/09 Simmetria traslazionale discreta: derivazione del Teorema di Bloch per i cristalli fotonici
Funzione di Bloch e Master Equation
Formazione della struttura a bande in cristallo fotonico: dielectric band, air band, gap, mid-gap ratio
15 17/02/09 Difetti: stati evanescenti e modi localizzati
Cristalli fotonici bi-dimensionali: modi TE e TM, strutture a gap incompleta e completa
Ingegnerizzazione dei difetti: cavità ottiche, guide d'onda e altri dispositivi
16 19/02/09 Fabbricazione e principi di funzionamento di celle fotovoltaiche di nuova generazione (seminario esterno a cura del Dr. Mauro Brignone, CRF) 17 20/02/09 Rappresentazione grafica dei modi EM in punti notevoli del reticolo reciproco per un cristallo fotonico bi-dimensionale
Considerazioni euristiche sulla formazione della gap in cristalli fotonici per modi con polarizzazione TE e TM
Propagazione del campo EM in un mezzo polarizzabile, introduzione della notazione complessa nell'espressione della conducibilità e della costnte dielettrica
18 23/02/09 Valori complessi della conducibilià e costante dielettrica, coefficiente di assorbimento
Fenomeni di riflessione: legge di Snell, equazioni di Fresnel, riflessione interna totale e onda evanescente
19 24/02/09 Fenomeni di riflessione: angolo di Brewster
Espressione microscopica della suscettività elettrica
20 26/02/09 Suscettività elettrica in sistemi a elettroni liberi
Componente atomica della suscettività elettrica, relazione LST
21 27/02/09 Relazione tra le espressioni microscopiche di suscettività elettrica e conducibilità
Riflettività dei metalli nell'IR: relazione di Hagen-Rubens, esempio numerico
Indice di rifrazione dei metalli per i raggi X, esempio numerico22 02/03/09 Fisica del grafene (1a parte) 23 04/03/09 Fisica del grafene (2a parte) 24 06/03/09 Aspetti tecnologici e applicativi della fisica del grafene (seminario esterno a cura del Dr. Stefano Borini, INRiM) Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
- F. Bassani, U. M. Grassano, Fisica dello Stato Solido, Bollati Boringhieri [disponibile presso la Biblioteca Interdipartimentale di Fisica - collocazione: PH 539.2 BAS]
- J. D. Jackson, Elettrodinamica classica, Zanichelli [disponibile presso la Biblioteca Interdipartimentale di Fisica - collocazione: PH 538.3 JAC.2e]
- C. Kittel, Introduzione alla fisica dello stato solido, Bollati Boringhieri [disponibile presso la Biblioteca Interdipartimentale di Fisica - collocazione: PH 539.2 KIT INT]
- J. I. Pankove, Optical processes in semiconductors, Dover [disponibile presso la Biblioteca "G. Ponzio" di Chimica - collocazione: BIB.256]
- J. D. Joannopoulos, S. G. Johnson, J. N. Winn, R. D. Meade, Photonic crystals Molding the flow of light, Princeton University Press [versione scaricabile online per uso personale]
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Note
A contratto- Oggetto: