Vai al contenuto principale
Oggetto:
Oggetto:

Solid State Physics/A

Oggetto:

Solid State Physics/A

Oggetto:

Academic year 2020/2021

Course ID
CHI0027/A
Teacher
Prof. Paolo Olivero (Lecturer)
Degree course
Scienza dei Materiali [LM-53]
Year
1st year
Teaching period
Second semester
Type
Basic
Credits/Recognition
6
Course disciplinary sector (SSD)
FIS/03 - fisica della materia
Delivery
Class Lecture
Language
Italian
Attendance
Obligatory
Type of examination
Oral
Type of learning unit
modulo
Modular course
Solid State Physics (CHI0027 )
Prerequisites

Concetti fondamentali di fisica dello stato solido (struttura cristallina, teoria delle bande elettroniche, portatori di carica, etc), contenuti dei seguenti corsi della laurea Triennale in Scienza e Tecnologia dei Materiali:
- "Metodologie di caratterizzazione dei materiali con laboratorio"
- "Materiali per l'elettronica con laboratorio"


Basic concepts of solid state physics (crystal structure, electronic bands, charge carriers, etc) included in the following courses of the Bachelor Degree in Materials Science and Technology:
- "Material characterization methods"
- "Materials for electronics with laboratory"
Oggetto:

Sommario del corso

Oggetto:

Course objectives

  • 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, transistor e celle celle fotovoltaiche.
  • Introdurre concetti di base per i sistemi a bassa dimensionalità

 EMERGENZA SANITARIA: Obiettivi formativi invariati.

  • 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, transistors and photovoltaic devices.
  • To introduce basic concepts for low-dimensionality systems

 SANITARY EMERGENCY: The objectives of the course are unchanged.

Oggetto:

Results of learning outcomes

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

 EMERGENZA SANITARIA: Risultati dell'apprendimento attesi invariati.

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

 SANITARY EMERGENCY: The expected learning results of the course are unchanged.

Oggetto:

Program

Lezioni frontali:

  • 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
  • Transistors: giunzione bipolare, JFET, MOSFET
  • Dispositivi "Charge coupled device" (CCD)
  • Sistemi a bassa dimensionalità (quantum well, quantum wire, quantum dot)

Attività in laboratorio:

  • caratterizzazione di una cella fotovoltaica;
  • caratterizzazione di transistors BJT, J-FET e MOSFET;
  • caratterizzazione di una giunzione p-n in funzione della temperatura.

EMERGENZA SANITARIA: Il programma del corso è invariato.

Frontal lectures:

  • 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
  • Transistors: bipolar junction, JFET, MOSFET
  • Charge coupled devices
  • Low dimensionality system (quantum wells, quantum wire, quantum dots)

Laboratory activities:

  • characterization of a photovoltaic cell;
  • characterization of BJT, J-FET and MOSFET transistors;
  • charcaterization of a p-n junction at variable temperature.

SANITARY EMERGENCY: The program of the course is unchanged.

Oggetto:

Course delivery

Il modulo 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.

Tutte le lezioni frontali si terranno in lingua inglese.

Da questo modulo sono mutuati il corso Fisica dei Semiconduttori attivato presso il corso di Laurea Magistrale in Fisica e parte del corso Solid State Physics per il master inter-ateneo MaMaSELF.

EMERGENZA SANITARIA: Nel perdurare della emergenza sanitaria, verrà garantita l'erogazione di tutte le lezioni frontali in modalità telematica sincrona, ovvero seguendo una ben definita calendarizzazione delle lezioni stesse nel periodo didattico. Tali video-lezioni potranno consistere in registrazioni di lezioni in presenza oppure in video-registrazioni prodotte dai docenti in separata sede. In ogni caso, le video-registrazioni saranno successivamente disponibili per lo scaricamento dalla pagina e-learning/moodle del corso.  L'erogazione della didattica laboratoriale in presenza verrà garantita compatibilmente con le normative vigenti, ovvero in termini di numero massimo di frequentatori simultanei del laboratorio. Eventuali rimodulazioni della calendarizzazione delle sessioni laboratoriali saranno valutate dal docente sulla base dei vincoli che saranno imposti all'accessibilità dei laboratori.

The module 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.

All frontal lectures will be given in English language.

The Semiconductor Physics course activated at the Physics Master  Degree and part of the Solid State Physics course activated at the MaMaSELF inter-university Master Degree are mutuated from this module.

SANITARY EMERGENCY: In concurrence with the sanitary emergency, all lectures will be given online in synchronous mode, i.e. by following the planned timetable of the lectures during the teaching period. The video-lectures will consist of live recordings of the lectures given to the students, or alternatively of recordings of lectures givenremotely by the teachers. In both cases, the recordings will be downloadable from the e-learning/moodel webpage of the course. The laboratory sessions in physical presence will be guaranteed, compatibly with the concurrent rules of access to the institute, particularly with regards to the maximum number of students allowed at the same time in the laboratories. Possible modifications to the laboratory sessions timetable will be evaluated by the teachers on the basis of the above-mentioned rules of access.

Oggetto:

Learning assessment methods

L'esonero relativo a questo modulo 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.

Il voto finale relativo al corso risulta dalla valutazione congiunta dei docenti dei 2 moduli, sulla base dei voti riportati nei relativi esoneri.

 EMERGENZA SANITARIA: a partire dall'appello del 10/09/2020 incluso, gli esami si svolgeranno in presenza presso i locali del Dipartimento di Fisica in via Pietro Giuria 1. In ottemperanza al Decreto Rettorale n. 2576/2020, verrà comunque data la possibilità di tenere gli esami in modalità telematica agli studenti che si troveranno in almeno una delle seguenti condizioni:

  • situazione di fragilità (diretta e indiretta, malattia, etc)
  • residenza o domicilio fuori regione
  • assenza temporanea dal territorio regionale per esigenze documentabili

Nel caso, le suddette condizioni dovranno essere documentate dallo studente tramite auto-dichiarazione, consapevole che l’Ateneo potrà richiedere riscontro di tale condizione mediante la presentazione di documentazione oggettiva che attesti quanto autocertificato. In caso di dichiarazione mendace l'interessato potrà essere depennato dall’elenco degli iscritti all’appello.

The partial exam for this module 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.

The final mark for this exam results from a joint evaluation of the teachers, on the basis of the marks of the respective partial exams.

 SANITARY EMERGENCY: starting from the session of 10/09/2020 (included), the exams will be organized in presence at the Physics Department in via Pietro Giuria 1. In compliance with Rectoral Decree nr. 2576/2020, students will have the possibility of giving the exam in videoconference, provided that they find themselves in at least one of the following conditions:

  • health issues
  • residency outside of Piemonte region
  • temporary residency outside of Piemonte region

In case, the above-listed conditions will need to be demonstrated by means of a written self-declearation. The University will retain the right of requesting a more detailed documented demonstration of such declarations. In case of mendacious declarations, the students will be removed from the exam registration list.

Oggetto:

Support activities

 EMERGENZA SANITARIA: Nel perdurare della emergenza sanitaria, le necessarie misure di didattica integrativa (sessioni telematiche di tutoraggio e assistenza agli studenti) saranno concordate con gli studenti ed organizzate per facilitare la comprensione dei contenuti didattici.

 SANITARY EMERGENCY: In concurrence with the sanitary emergency, the necessary measures of integrative teaching (online tutoring and counseling sessions) will be defined together with the students in order to facilitate the understanding of the course contents.

Oggetto:

Suggested readings and bibliography

[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

 EMERGENZA SANITARIA: Nel perdurare della emergenza sanitaria, le necessarie misure verranno intraprese per rendere facilmente accessibile in remoto il materiale didattico integrativo.

[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

 SANITARY EMERGENCY: In concurrence with the sanitary emergency, all necessary measures will be adopted to facilitate the remote access to the support teaching material.

Oggetto:

Class scheduleV

Lessons: dal 01/03/2021 to 11/06/2021

Enroll
  • Open
    Oggetto:
    Last update: 20/10/2020 11:18
    Location: https://www.materials-science.unito.it/robots.html
    Non cliccare qui!