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Oggetto:
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Fisica dei semiconduttori

Oggetto:

Semiconductor Physics

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Anno accademico 2017/2018

Codice dell'attività didattica
MFN1461
Docente
Dott. 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
Periodo didattico
Terzo periodo didattico
Tipologia
D=A scelta dello studente
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/03 - fisica della materia
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Inglese
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Orale
Prerequisiti
Contenuti dei corsi "Fisica dello Stato Solido" e "Laboratorio di Fisica della Materia"
Contents of the "Solid State Physics" and "Matter Physics Laboratory" courses.
Propedeutico a
Mutuato da
Solid State Physics/A (CHI0027/A)
Corso di Laurea Magistrale in Scienza dei Materiali
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Sommario del corso

Oggetto:

Obiettivi formativi

- Fornire i concetti di base nella fisica dei semiconduttori (statistica dei portatori, meccanismi di conduzione, teoria di Shockley-Read-Hall).

- Fornire le conoscenze di base della fisica dei più importanti dispositivi elettronici (giunzioni p-n e Schottky, transistors a giunzione bipolare e a effetto di campo, dispositivi CCD).

- Introdurre le procedure di caratterizzazione sperimentale of giunzioni bipolari e celle celle fotovoltaiche.

- Introdurre concetti di base per i sistemi a bassa dimensionalità

- To provide the basic knowledge on the physics of semiconductor devices (carrier statistics, conduction mechanisms, Shockley-Read-Hall theory).

- To provide the basic knowledge of the physics of the most important electronic devices (p-n and Schottky junctions, bipolar junction and field effect transistors, CCD devices).

- To introduce the experimental procedures for the characterization of bipolar junctions and photovoltaic devices.

- To introduce basic concepts for low-dimensionality systems

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Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione:

  • Comprensione dei concetti alla base delle proprietà elettriche dei materiali semiconduttori e dei dispositivi basati su di essi (giunzioni bipolari e Schottky, celle fotovoltaiche, transistors, sistemi a bassa dimensionalità).
  • Comprensione delle modalità di funzionamento di strumentazione di laboratorio e delle relative tecniche sperimentali per la caratterizzazione di giunzioni bipolari e dispositivi fotovoltaici.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

  • Capacità di comprendere e padroneggiare i modelli fisici fondamentali per l'interpretazione dei fenomeni di trasporto elettrico nei semiconduttori e di funzionamento dei principali dispositivi basati su di essi (giunzioni bipolari e Schottky, celle fotovoltaiche, transistors)
  • Capacità di effettuare misure di laboratorio seguendo un adeguato protocollo sperimentale per la caratterizzazione di giunzioni bipolari e dispositivi fotovoltaici

Knowledge and understanding

  • Understanding the basic concepts on the electrical properties of semiconducting materials and of related devices (bipolar and Schottky junctions, photovoltaic cells, transistors, low-dimensionality systems).
  • Understanding of the functionalities of laboratory equipment and of relevant experimental techniques for the characterization of bipolar junctions and photovoltaic devices.

Applying knowledge and understanding

  • Ability to understand and manage fundamental physical models to interpret charge transport mechanisms in semiconductors, as well as the functionalities of main related devices (bipolar and Schottky junctions, photovoltaic cells, transistors).
  • Ability to take experimental measurements, adopting a suitable experimental protocol for the characterization of bipolar junctions and photovoltaic devices

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Modalità di insegnamento

Il corso è organizzato in 5 CFU (40 ore) di didattica frontale e 1 CFU (10 ore) di didattica di laboratorio.

La frequenza alle lezioni frontali è facoltativa, mentre è obbligatoria (frequenza minima 70%) per le sessioni di laboratorio.

I primi 3 CFU di didattica frontale saranno erogati in lingua inglese. La lingua in cui si terranno gli ultimi 2 CFU sarà concordata con gli studenti, sulla base delle loro richieste e della eventuale presenza di studenti stranieri.

Questo corso è mutuato dal modulo Solid State Physics - mod. A del corso Solid State Physics per la laurea magistrale in Scienza dei Materiali.

The course is organized in 5 credits (40 hours) of frontal lectures and 1 credit (10 hours) of laboratory activities.

The attendance to the frontal lectures is optional, while it is compulsory (minimum 70% attendance) for the laboratory sessions.

The first 3 credits of frontal lectures will be given in English language. The last 2 credits of frontal lectures will be given either in Italian or English, on the basis of the students' requests and of the presence of foreign students in the class.

The course is shared with the Solid State Physics - mod. A  module of the Solid State Physics course of the Master Degree in Material Science.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame consisterà in un colloquio orale della durata di circa 30 minuti in cui si valuteranno:

- la comprensione dei contenuti delle lezioni frontali, sia per quanto riguarda la derivazione delle formulazioni che la risoluzione di semplici esercizi numerici;

- i contenuti delle relazioni delle attività integrative di laboratorio, che gli studenti sono chiamati a produrre a gruppi e consegnare almeno una settimana prima dell'esame.

The exam will consist in an oral colloquium of about 30 minutes in which the following aspects will be evaluated:

- understanding of the contents of the frontal lectures, both with regards to the derivation of the formalism presented in the lectures and to the solution of simple numerical problems;

- contents of the reports of the supporting laboratory activities, which the students must produce in groups and deliver at least one week before the exam.

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Attività di supporto

Attività in laboratorio:

- caratterizzazione di una cella fotovoltaica;

- caratterizzazione di una giunzione p-n a temperatura ambiente e in funzione della temperatura;

- caratterizzazione di difetti otticamente attivi in semiconduttori ad ampia gap.

Laboratory activities:

- characterization of a photovoltaic cell;

- charcaterization of a p-n junction at room temperature and at variable temperature;

- characterization of optically active defects in wide-bandgap semiconductors.

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Programma

- Modello "tight binding"

- Statistica dei portatori in semiconduttori intrinseci ed estrinseci

- Teoria di Shockley-Read-Hall

- Meccanismi di trasporto nei semiconduttori

- Giunione p-n: derivazione della legge del diodo, diodo non ideale

- Fisica e aspetti tecnologici dei dispositivi fotovoltaici

- Giunione metallo-semiconduttore: diodo Schottky

- Tecnica DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy)

- Transistors: giunzione bipolare, JFET, MOSFET

- Dispositivi "Charge coupled device" (CCD)

- Sistemi a bassa dimensionalità (quantum well, quantum wire, quantum dot)

- Tight binding model

- Carrier statistics in intrinsic and extrinsic semiconductors

- Shockley-Read-Hall theory

- Charge transport mechanisms in semiconctors

- p-n junction: derivation of the diode law, non-ideal diode

- Physics and technological aspects of photovoltaic devices

- Metal-semiconductor junction: Schottky diode

- Deep level transient spectroscopy

- Transistors: bipolar junction, JFET, MOSFET

- Charge coupled devices

- Low dimensionality system (quantum wells, quantum wire, quantum dots)

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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.

[4] J. I. Pankove, "Optical Processes in Semiconductors", Dover

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

[2] A.S.Grove, "Physics and Technology of Semiconductor Devices" (Wiley International Edition)

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

[4] J. I. Pankove, "Optical Processes in Semiconductors", Dover

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Orario lezioni

GiorniOreAula
Lunedì9:00 - 13:00
Martedì9:00 - 13:00
Giovedì9:00 - 13:00
Venerdì9:00 - 13:00

Lezioni: dal 23/04/2018 al 15/06/2018

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Note

Orario lezioni frontali

# lezione
data
orario
aula
1
23/04/2018 9-11 D1
2
24/04/2018 9-11 D1
3 26/04/2018 9-11 D1
4 27/04/2018 9-11 D1
5 03/05/2018 9-11 D1
6 04/05/2018 9-11 D1
7 07/05/2018 9-11 D1
8 08/05/2018 9-11 D1
9 10/05/2018 9-11 D1
10 11/05/2018 9-11 D1
11 14/05/2018 9-11 D1
12 15/05/2018 9-11 D1
lab intro 17/05/2018 9-11 D1
13 18/05/2018 9-11 D1
14 21/05/2018 9-11 D1
15 22/05/2018 9-11 D1
16 24/05/2018 9-11 D1
17 25/05/2018 9-11 D1
18 28/05/2018 9-11 D1
19 29/05/2018 9-11 D1
20 31/05/2018 9-11 D1

Orario laboratorio

data
Gruppo 1
Gruppo 2
 
   

Composizione gruppi di laboratorio

# gruppo
membri
 
 

Appelli

# appello
data
orario
aula
 
     
 
     
 
     

Frontal lectures timesheet

# lecture
date
time
room
1
23/04/2018 9-11 D1
2
24/04/2018 9-11 D1
3 26/04/2018 9-11 D1
4 27/04/2018 9-11 D1
5 03/05/2018 9-11 D1
6 04/05/2018 9-11 D1
7 07/05/2018 9-11 D1
8 08/05/2018 9-11 D1
9 10/05/2018 9-11 D1
10 11/05/2018 9-11 D1
11 14/05/2018 9-11 D1
12 15/05/2018 9-11 D1
lab intro 17/05/2018 9-11 D1
13 18/05/2018 9-11 D1
14 21/05/2018 9-11 D1
15 22/05/2018 9-11 D1
16 24/05/2018 9-11 D1
17 25/05/2018 9-11 D1
18 28/05/2018 9-11 D1
19 29/05/2018 9-11 D1
20 31/05/2018 9-11 D1

Laboratory timesheet

date
Group 1
Group 2
 
   


Composition of lab groups

# group
members
 
 

Exams

# exam
date
time
room
 
     
 
     
 
     

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Ultimo aggiornamento: 19/04/2018 11:41
Location: https://fisica.campusnet.unito.it/robots.html
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