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Oggetto:
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Solid State Physics

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Solid State Physics

Oggetto:

Academic year 2013/2014

Course ID
MFN1281
Teaching staff
Prof. Marco Truccato (Titolare del corso)
Prof. Paolo Olivero (Titolare del corso)
Degree course
Laurea Magistrale in inglese -MaMaself
Year
1° anno
Teaching period
Secondo semestre
Type
Caratterizzante
Credits/Recognition
8
Course disciplinary sector (SSD)
FIS/03 - fisica della materia
Delivery
Tradizionale
Language
Inglese
Attendance
Facoltativa
Type of examination
Orale
Examination methods
Esame orale con discussione delle relazioni sulle attività di laboratorio e domande sugli argomenti trattati nelle lezioni fondamentali.
Prerequisites
È consigliato (ma non obbligatorio) avere già seguito il corso di Meccanica Statistica e Quantistica. Sono inoltre richiesti i seguenti concetti del syllabus del Corso di Laurea: struttura cristallina, reticolo reciproco, fononi, stati elettronici (gas di elettroni liberi, bande energetiche), concentrazione di portatori all’equilibrio termico nei semiconduttori, fenomeni di trasporto, giunzione p-n
Oggetto:

Sommario del corso

Oggetto:

Course objectives

Dopo aver seguito il corso, l’allievo sarà in grado di:

- Descrivere i principi di funzionamento di dispositivi elettronici quali: diodo, cella fotovoltaica, transistor a effetto di campo.

- Descrivere le proprietà fondamentali delle varie classi di materiali superconduttori e i rispettivi ambiti di applicazione.

- Descrivere il funzionamento di una giunzione Josephson e le sue possibili applicazioni.

- Valutare e risolvere le problematiche sperimentali relative alla caratterizzazione elettrica di dispositivi a bassa temperatura ed alla caratterizzazione di dispositivi fotovoltaici.

 Dopo aver seguito il corso, l’allievo sarà in possesso di:

 - Competenze teoriche nella modellizzazione di materiali semiconduttori e superconduttori

- Competenze teoriche nella modellizzazione di dispositivi elettronici a semiconduttore e superconduttore

- Competenze sperimentali nella caratterizzazione dei materiali e dispositivi suddetti

After having completed the course, the student will have skills in:

- Describing the operation principles of electronic devices such as: diode, photovoltaic cell, field effect transistor.

- Describing the fundamental properties of various classes of superconducting materials and their respective fields of application.

- Describing the operation principles of a Josephson junction and its possible applications.

- Describing the processes for the synthesis and lithography of semiconducting and superconducting materials used in device fabrication.

- Evaluating and solving experimental issues in the electrical characterization of devices at low-temperature and in the characterization of photovoltaic devices.

After having completed the course, the student will have:

- Theoretical knowledge in the modeling of semiconducting and superconducting materials

- Theoretical knowledge in the modeling of electronic devices based on semiconducting and superconducting materials

- Experimental knowledge in the characterization of the above-mentioned materials and devices.

Oggetto:

Results of learning outcomes

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

- Conoscenza delle proprietà di base dei materiali superconduttori.

- Saper organizzare, analizzare, presentare e discutere dati sperimentali

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

- Basic knowledge of the properties of superconducting materials.

- Basic skill in organizing, analyzing, presenting and discussing experimental data.

Oggetto:

Program

Semiconduttori:

- Concetti introduttivi sulla fisica dei materiali: struttura cristallina, stati elettronici in isolanti e semiconduttori

- Statistica dei portatori in semiconduttori intrinseci ed estrinseci

- Meccanismi di trasporto nei materiali (diffusione, drift) e proprietà fisiche correlate

- Giunzione pn e legge del diodo

- Principi di funzionamento di dispositivi fotovoltaici: assorbimento luminoso, generazione della fotocorrente

- Parametri operativi di una cella fotovoltaica: fill factor, efficienza

- Celle fotovoltaiche non-ideali: resistenze parassite, coefficiente di idealità

 Superconduttori:

- Fenomenologia della superconduttività:

  • Variabili sperimentali, aspetti termodinamici della transizione superconduttiva, superconduttività di tipo I e II
  • Struttura e dinamica dei vortici, pinning
  • Equazioni di London

- Modello quantistico macroscopico:

  • Quantizzazione del flusso di campo magnetico
  • Effetto Josephson
  • Principio di funzionamento dello SQUID

- Tipologie di materiali superconduttori:

  • Materiali a bassa, media ed alta Tc
  • Tecniche di sintesi e applicazioni

Esperienze di laboratorio:

- Semiconduttori: Caratterizzazione dei parametri di funzionamento di una cella fotovoltaica

- Superconduttori: Misura delle caratteristiche I-V nei superconduttori YBCO o BSCCO, misure del libero cammino medio e del raggio ionico in metalli normali 

Semiconductors:

- Introductory concepts on matter physics (crystal structure, electronic states in insulating and semiconducting materials)

- Carrier statistics in intrinsic and extrinsic semiconductors

- Charge transport mechanisms in materials (diffusion, drift) and related physical properties

- PN junction and diode law

- Operating principles of photovoltaic devices (light absorption, photocurrent generation, fill factor and efficiency, non-ideality parameters)

Superconductors:

- Phenomenology of superconductivity:

  • Experimental variables, themodynamics of the superconducting transition, type I and type II superconductivity
  • Structure and dynamics of vortexes, pinning
  • London equations

- Macroscopic quantum model:

  • Quantization of the magnetic flux
  • Josephson effect
  • Operation principle of the SQUID.

- Different kinds of superconducting materials:

  • Low, medium and high-Tc
  • Synthesis techniques and applications

 Practical classes:

- Semiconductors: characterization of the basic functional parameters of a photovoltaic cell

- Superconductors: measurement of the I-V characteristics of the YBCO or BSCCO superconductor, measurement of the mean free path and of the ionic radius for a normal metal

Suggested readings and bibliography

Oggetto:

  • S. M. Sze, “Semiconductor Devices - Physics and Technology”, John Wiley & Sons
  • J. I. Pankove, “Optical Processes in Semiconductors”, Dover
  • Terry P. Orlando, Kevin A. Delin : “Foundations of Applied Superconductivity”, Addison Wesley, Reading, Massachussets, 1991
  • Charles P. Poole, Horacio A. Farach, Richard J. Creswick: Superconductivity, Academic Press, San Diego – London, 1995
  • Dispense fornite dal docente 

  • S. M. Sze, “Semiconductor Devices - Physics and Technology”, John Wiley & Sons
  • J. I. Pankove, “Optical Processes in Semiconductors”, Dover
  • Terry P. Orlando, Kevin A. Delin : “Foundations of Applied Superconductivity”, Addison Wesley, Reading, Massachussets, 1991
  • Charles P. Poole, Horacio A. Farach, Richard J. Creswick: Superconductivity, Academic Press, San Diego – London, 1995 
  • Lecure notes and slides provided by the teachers.


Oggetto:

Note

Tipologia Insegnamento:

 Parte “Semicoduttori” del corso:

- 3 CFU di lezioni frontali (3*8=24 ore; frequenza facoltativa);

- 1 CFU di laboratorio (14 ore; frequenza obbligatoria, minimo 70% delle ore previste).

Parte Superconduttori” del corso:

- 3 CFU di lezioni frontali (3*8=24 ore; frequenza facoltativa);

- 1 CFU di laboratorio (12 ore; frequenza obbligatoria, minimo 70% delle ore previste).

Frequenza: 

La frequenza alle lezioni non è obbligatoria. La frequenza ai corsi di laboratorio è obbligatoria e non può essere inferiore al 70% delle ore previste.

L'esame finale consiste in un tradizionale esame orale con domande dai docenti relative agli argomenti trattati nel corso ed ai reports delle attività di laboratorio.

Organizzazione laboratorio "Semiconduttori"

Gruppo # Referente
1 A. Bagarolo
2 V. Scarcella
3 R. Lete Pinto

 

Data (14:00 - 18:00) Prima sessione Seconda sessione Terza sessione
Lun 26/05   3  
Mar 27/05 3    
Mer 28/05   1  
Gio 29/05    
Ven 30/05 1  
Mar 03/06    
Mer 04/06 2    
Gio 05/06     2

"Semiconductors" module:

- 24 hours of frontal lectures;

- 14 hours of laboratory sessions.

"Superconductors" module:

- 24 hours of frontal lectures;

- 14 hours of laboratory sessions.

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

"Semiconductor" laboratory organization

Group # Contact
1 A. Bagarolo
2 V. Scarcella
3 R. Lete Pinto

 

Date (14:00 - 18:00) Firs session Second session Third session
Mon 26/05   3  
Tue 27/05 3    
Wed 28/05   1  
Thur 29/05     3
Fri 30/05 1 2  
Tue 03/06     1
Wed 04/06 2    
Thur 05/06      2
Oggetto:
Last update: 01/07/2014 15:16
Location: https://www.materials-science.unito.it/robots.html
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