- Oggetto:
- Oggetto:
Solid State Physics (MaMaself)
- Oggetto:
Solid State Physics (MaMaself)
- Oggetto:
Academic year 2014/2015
- Course ID
- MFN1281
- Teaching staff
- Prof. Marco Truccato (Titolare del corso)
Prof. Paolo Olivero (Titolare del corso) - Degree course
- 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
- 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).
- Course borrowed from
- Solid State Physics (CHI0027 )
Corsi di Studio in Scienza dei Materiali - Oggetto:
Sommario del corso
- Oggetto:
Course objectives
Dopo aver seguito il corso, l'allievo sarà in grado di:
- Descrivere le proprietà fondamentali dei materiali semiconduttori (statistica dei portatori, meccanismi di trasporto di carica).
- Descrivere i principi di funzionamento di dispositivi elettronici quali: diodo, cella fotovoltaica.
- 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:
- Decribing the fundamental properties of semiconducting materials (carriers statistics, charge transport mechanisms).
- Describing the operation principles of electronic devices such as: diode, photovoltaic cell.
- 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 e capacità di comprensione:
- comprensione dei concetti alla base delle proprietà dei materiali semiconduttori e superconduttori, e dei dispositivi basati su di essi
- comprensione delle modalità di funzionamento di strumentazione di laboratorio e delle relative tecniche sperimentali per la caratterizzazione di dispositivi a semiconduttore ed a superconduttore
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
- capacità di comprendere e padroneggiare i modelli fisici fondamentali che descrivono le funzionalità di dispositivi a semiconduttore ed a superconduttore
- saper organizzare, analizzare, presentare e discutere dati sperimentali
Knowledge and understanding:
- understanding the basic concepts on the properties of semiconducting and superconducting materials and of related devices
- understanding of the functionalities of laboratory equipment and of relevant experimental techniques for the characterization of semiconducting and superconducting devices
Applying knowledge and understanding:
- ability to understand and manage fundamental physical models to interpret the functionalities of semiconducting and superconducting devices
- basic skill in organizing, analyzing, presenting and discussing experimental data.
- Oggetto:
Course delivery
Il corso è organizzato in 5 CFU (40 ore) di didattica frontale e 1 CFU (10 ore) di didattica di laboratorio.
The course is organized in 5 credits (40 hours) of frontal lectures and 1 credit (10 hours) of laboratory activities.
- Oggetto:
Learning assessment methods
Esame orale con discussione delle relazioni sulle attività di laboratorio e domande sugli argomenti trattati nelle lezioni fondamentali.
- Oggetto:
Program
Semiconduttori:
- Concetti introduttivi sulla fisica dei semiconduttori: struttura cristallina, bande energetiche
- Statistica dei portatori di carica in semiconduttori intrinseci ed estrinseci
- Meccanismi di trasporto di carica e teoria di Shockley-Read-Hall
- Giunzione pn
- Dispositivi fotovoltaici
- Transistor a giunzione bipolare
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 semiconductor physics: crystal structure, energy bands
- Charge carrier statistics in intrinsic and extrinsic semiconductors
- Charge transport mechanisms and Shockley-Reed-Hall theory
- PN junction
- Photovoltaic devices
- Bipolar junction transistor
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
Orario
# lezionedataorarioaula121/04/20159:00-11:00D1, via Giuria 9223/04/20159:00-11:00D1, via Giuria 9327/04/201511:00-13:00D1, via Giuria 9428/04/20159:00-11:00D1, via Giuria 9530/04/20159:00-11:00D1, via Giuria 9604/05/201511:00-13:00D1, via Giuria 9705/05/20159:00-11:00D1, via Giuria 9807/05/20159:00-11:00D1, via Giuria 9911/05/201511:00-13:00D1, via Giuria 91012/05/20159:00-11:00D1, via Giuria 91114/05/20159:00-11:00D1, via Giuria 91218/05/201511:00-13:00D1, via Giuria 91319/05/20159:00-11:00D1, via Giuria 9intro lab20/05/201511:00-13:00D1, via Giuria 9Appelli
# appellodataorarioaula123/06/20159:00-13:00Avogadro, via Giuria 1222/07/20159:00-13:00Avogadro, via Giuria 1Organizzazione delle lezioni
- 24 ore (3 CFU): lezioni frontali
- 16 ore (1 CFU): attività di laboratorio e lezioni ad esse introduttiveFrequenza
Lezioni frontali: frequenza facoltativa
Lezioni di laboratorio: frequenza obbligatoria ad un minimo del 70% delle ore previsteDa questo corso è mutuato il corso "Fisica dei Semiconduttori" attivato presso il corso di Laurea Magistrale in Fisica.
Timesheet
# lecturedatetimeroom121/04/20159:00-11:00D1, via Giuria 9223/04/20159:00-11:00D1, via Giuria 9327/04/201511:00-13:00D1, via Giuria 9428/04/20159:00-11:00D1, via Giuria 9530/04/20159:00-11:00D1, via Giuria 9604/05/201511:00-13:00D1, via Giuria 9705/05/20159:00-11:00D1, via Giuria 9807/05/20159:00-11:00D1, via Giuria 9911/05/201511:00-13:00D1, via Giuria 91012/05/20159:00-11:00D1, via Giuria 91114/05/20159:00-11:00D1, via Giuria 91218/05/201511:00-13:00D1, via Giuria 91319/05/20159:00-11:00D1, via Giuria 9intro lab20/05/201511:00-13:00D1, via Giuria 9Exams
# examdatetimeroom123/06/20159:00-13:00Avogadro, via Giuria 1222/07/20159:00-13:00Avogadro, via Giuria 1Organization of the lectures
The course is organized as follows:
- 24 hours (3 CFU): frontal lectures
- 16 hours (1 CFU): laboratory sessions and relevant introductory lecturesAttendance
Frontal lectures: optional
Laboratory lectures: compulsory (minimum 70% of planned hours)The "Semiconductor Physics" course activated at the Physics Master
Degree is mutuated from this course.- Oggetto: