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Fisica dei semiconduttori -- Semiconductor Physics

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Anno accademico 2012/2013

Codice dell'attività didattica
MFN1461
Docente
Prof. Paolo Olivero (Titolare del corso)
Corso di studi
008510-103 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica dell'Ambiente e delle Tecnologie Avanzate
Anno
1° anno 2° anno
Tipologia
D=A scelta dello studente
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/03 - fisica della materia
Oggetto:

Sommario del corso

Oggetto:

Obiettivi formativi

Fornire le conoscenze di base della fisica dei più importanti dispositivi elettronici e delle tecniche di fabbricazione dei  dispositivi per la microelettronica.

Introdurre le procedure di caratterizzazione sperimentale delle celle fotovoltaiche.

To provide the basic knowledge of the physics of the most important electronic devices and of fabrication techniques of  devices for  microeletronics.

To introduce the experimental procedures for the characterization of photovoltaic devices.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

- Conoscenza delle proprietà di base dei materiali semiconduttori.

- Conoscenza di base dei principi fisici di funzionamento dei principali dispositivi trattati nel corso.

- Conoscenza di base dei processi di sintesi e microfabbricazione dei materiali semiconduttori.

- Conoscenza di base delle procedure di caratterizzazione sperimentale delle celle fotovoltaiche.

- Basic knowledge of the properties of semiconducting materials.

- Basic knowledge of the working principles of the main devices presented in the course.

- Basic knowledge of the synthesis and microfabrication processes of semiconductor materials.

- Basic knowledge of the experimental procedures for the characterization of photovoltaic devices.

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Programma

Breve richiamo ai concetti basilari della fisica dei semiconduttori.

Statistica dei portatori: elettroni e lacune

Proprietà di trasporto nei semiconduttori

Fenomeni di generazione/ricombinazione

Giunione p-n: caratterizzazione elettronica

Fisica dei dispositivi fotovoltaici

  • Assorbimento della luce, meccanismi di generazione della foto-corrente
  • Legge del diodo modificata, corrente di corto circuito e tensione di circuito aperto
  • Potenza generata: fill factor ed efficienza
  • Dispositivi reali: resistenza serie, resistenza di shunt, coefficiente di idealità

Transistor JFET a effetto di campo

Giunzione metallo-semiconduttore, diodo Schottky

Tecniche di fabbricazione del silicio per la microelettronica

  • Metodi di sintesi, ossidazione e drogaggio di silicio di qualità elettronica
  • Tecniche di litografia ottica

Tecniche di fabbricazione di dispositivi microelettronici in silicio

Sessioni di laboratorio: caratterizzazione di celle fotovoltaiche

Quick review of basic concepts on semiconductor materials

Statistics of charge carriers (electrons and holes) in semiconductors. 

Transport properties in semiconductors 

Generation/recombination phenomena 

p-n junction: electronic features.

Physics of the photovoltaic devices:

  • Light absorption, photo-current generation mechanisms,
  • Modified diode law, short circuit current and open circuit voltage
  • Generated power: fill factor and efficiency
  • Real devices: series resistance, shunt resistance, ideality factor

Junction Field Effect Transistor

Metal semiconductor junction, Schottky diode

Synthesis of silicon and fabrication methors in microelectronics

  • Methods for the production of electronic-grade silicon
  • Optical lithography techniques

Machinining techniques of silicon for the fabrication of microelectronic devices

Laboratory sessions: characterization of photovoltaic devices.

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Testi consigliati e bibliografia

[1] S.M.Sze, "Semiconductor Devices, Physics and Technology, 2nd edition", John Wiley and Sons, USA, 2002

[2] A.S.Grove, "Fisica e tecnologia dei dispositivi a semiconduttore", 4a edizione, Ingegneria elettrica Franco Angeli, Milano 1985

[3] M.Shur, “Physics of semiconductor devices”, Prentice Hall series in Solid State electronics,New Jersey, 1990.

[3] J. I. Pankove, “Optical Processes in Semiconductors”, Dover

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Note

Il corso di Fisica dei Semiconduttori per la laurea magistrale in Fisica è parzialmente mutuato (per 4 CFU) dal corso di Solid State Physics per la laurea magistrale in Scienza dei Materiali. Le lezioni di questa parte del corso (32 h di lezione frontale) saranno tenute in inglese, mentre altre 12 ore di docenza si baseranno su esperienze di laboratorio

L'orario dei primi 4 CFU del corso è quindi mutuato dal corso suddetto, ed è reperibile a questo link (file excel: lezioni "SolStaPhy (Olivero)").

L'orario dei restanti 3 CFU di lezioni frontali è il seguente:

Data Orario Aula
Lunedì 13/05/2013 9:00 - 11:00 Avogadro
Martedì 14/05/2013 11:00 - 13:00 Castagnoli
Giovedì 16/05/2013 11:00 - 13:00 Castagnoli
Martedì 28/05/2013 11:00 - 13:00 Verde
Mercoledì 29/05/2013 11:00 - 13:00 Verde
Giovedì 30/05/2013 11:00 - 13:00 Wataghin
Venerdì 31/05/2013 11:00 - 13:00 F
Martedì 04/06/2013 11:00 - 13:00 Verde

 

Calendario delle sessioni di laboratorio:

 

Giorno Data Ora Sessione A Sessione B Sessione C
Martedì 28/05/2013 14:00-18:00 gr 2    
Mercoledì 29/05/2013 14:00-18:00 gr 4 gr 2  
Giovedì 30/05/2013 14:00-18:00 gr 1 gr 4 gr 5
Venerdì 31/05/2013 14:00-18:00 gr 5 gr 1 gr 4
Lunedì 03/06/2013 14:00-18:00 gr 3 gr 5 gr 2
Martedì 04/06/2013 14:00-18:00 gr 6 gr 3 gr 1
Giovedì 06/06/2013 9:00 - 13:00 gr 7 gr 6 gr 3
Venerdì 07/06/2013 9:00 - 13:00   gr 7 gr 6
Lunedì 10/06/2013 14:00-18:00     gr 7

Composizione dei gruppi di laboratorio:

# gruppo Rappresentante Composizione
2 Barbero 3 Fis, 1 SdM
3 Suino 4 Fis
6 Origlia 4 Fis
7 De Hoyo 2 Fis, 1 SdM

Le sessioni di laboratorio si svolgeranno presso il laboratorio di Fisica dello Stato Solido, 3° piano interrato, Istituto di Fisica, via P. Giuria 1.

La prova d'esame sarà orale di tipo tradizionale con domande da parte dei docenti su argomenti trattati nel corso e sulle relazioni di laboratorio. 

Four of the six credits of the Semiconductor Physics Course are shared with the Solid State Physics Course of the "Laurea Magistrale" in Material Science. These lessons (32 h.) will be held in English, while 12 hours will be devoted to practical sessions in the laboratory.

The timetable of the first 4 CFU of the course is the same as that of the above-mentioned course, and is downloadable from this link (excel file: "SolStaPhy (Olivero)" lectures).

Timetable of the remaining 3CFU of frontal lectures:

Date Time Room
Monday 13/05/2013 9:00 - 11:00 Avogadro
Tuesday 14/05/2013 11:00 - 13:00 Castagnoli
Thursday 16/05/2013 11:00 - 13:00 Castagnoli
Tuesday 28/05/2013 11:00 - 13:00 Verde
Wednesday 29/05/2013 11:00 - 13:00 Verde
Thursday 30/05/2013 11:00 - 13:00 Wataghin
Friday 31/05/2013 11:00 - 13:00 F
Tuesday 04/06/2013 11:00 - 13:00 Verde

Timetable of the laboratory sessions:

Day Data Time Session A Session B Session C
Tuesday 28/05/2013 14:00-18:00 gr 2    
Wednesday 29/05/2013 14:00-18:00 gr 4 gr 2  
Thursday 30/05/2013 14:00-18:00 gr 1 gr 4 gr 5
Friday 31/05/2013 14:00-18:00 gr 5 gr 1 gr 4
Monday 03/06/2013 14:00-18:00 gr 3 gr 5 gr 2
Tuesday 04/06/2013 14:00-18:00 gr 6 gr 3 gr 1
Thursday 06/06/2013 9:00 - 13:00 gr 7 gr 6 gr 3
Friday 07/06/2013 9:00 - 13:00   gr 7 gr 6
Monday 10/06/2013 14:00-18:00     gr 7

Groups composition:

Group # Representative Composition
2 Barbero 3 Fis, 1 SdM
3 Suino 4 Fis
6 Origlia 4 Fis
7 De Hoyo 2 Fis, 1 SdM

The laboratory sessions will take plance at the Solid State Physics Laboratory, 3rd level underground, Physics Institute, via P. Giuria 1.

The final test is an traditional oral exam with questions from the teachers on the topics from the programme and on the laboratory reports.

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Ultimo aggiornamento: 25/06/2013 15:31
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