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Oggetto:
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Solid State Physics (MaMaself)

Oggetto:

Solid State Physics (MaMaself)

Oggetto:

Academic year 2015/2016

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 i concetti alla base delle proprietà elettriche dei materiali semiconduttori (statistica dei portatori, meccanismi di conduzione, teoria di Shockley-Read-Hall).

- 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, Shockley-Read-Hall theory).

- 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.

- 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 6 CFU (48 ore) di didattica frontale e 2 CFU (20 ore) di didattica di laboratorio.

Il corso è mutuato dal corso Solid State Physics per la laurea magistrale in Scienza dei Materiali.

Il corso è suddiviso in 2 parti:

- materiali e dispositivi semiconduttori: 3 CFU (lezioni frontali) + 1 CFU (laboratorio);

- materiali e dispositivi superconduttori: 3 CFU (lezioni frontali) + 1 CFU (laboratorio).

Il corso è erogato in lingua inglese.

Per gli studenti del master inter-universitario "MaMaSELF" la frequenza alle lezioni è obbligatoria (frequenza minima 70%). Per tutti gli altri studenti è obbligatoria la sola frequenza alle sessioni di laboratorio (frequenza minima 70%).

The course is organized in 6 credits (48 hours) of frontal lectures and 2 credits (20 hours) of laboratory activities.

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

The course is organized in 2 parts:

- semicoductor materials and devices: 3 credits (frontal lectures) + 1 credit (laboratory);

- superconductor materials and devices: 3 credits (frontal lectures) + 1 credit (laboratory).

The course is given in English language.

For the students of the MaMaSELF inter-unversity degree, the attendance to the lectures is compulsory (minimum 70% attendance), while for all other students only the attendance to the laboratory sessions is compulsory (minimum 70% attendance).

Oggetto:

Learning assessment methods

La valutazione è strutturata in 2  esoneri relativi alle 2 parti del corso (materiali e dispositivi semiconduttori, materiali e dispositivi superconduttori).

Ogni esonero consiste in un esame orale con discussione delle relazioni sulle attività di laboratorio e domande sugli argomenti trattati nelle lezioni frontali.

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

The course evaluation is structured into 2 partial exams, relevant to the 2 parts of the course (semiconducting materials and devices, superconducting materials and devices).

Each partial exam consists in an oral exam in which the topics presented in the frontal lectures are discussed, as well as the laboratory reports.

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.

Oggetto:

Support activities

Esperienze di laboratorio:

- Semiconduttori: Caratterizzazione di una cella fotovoltaica, maratterizzazione di una giunzione pn a temperatura ambiente ed in funzione della temperatura

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

Laboratory activities:

- Semiconductors: characterization oof a photovoltaic cell, characterization of a pn junction at room temperature and at variable temperature

- 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

Oggetto:

Program

Semiconduttori:

- Breve richiamo ai concetti basilari della fisica dei semiconduttori

- Teoria di Shockley-Read-Hall

- Meccanismi di trasporto nei semiconduttori

- Giunione p-n: derivazione della legge del diodo

- Fisica dei dispositivi fotovoltaici

 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

Semiconductors:

- Short review on basic concepts in semiconductor physics

- Carrier statistics in intrinsic and extrinsic semiconductors

- Shockley-Read-Hall theory

- Charge transport mechanisms in semiconctors

- p-n junction: derivation of the diode law

- Physics of photovoltaic devices

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

 

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:

Class schedule

GiorniOreAula
Lezioni: dal 02/03/2015 al 12/06/2015

Nota: Per l'orario delle lezioni consultare la pagina "Orario Lezioni" http://scienzadeimateriali.campusnet.unito.it/do/lezioni.pl

Oggetto:

Note

Orario lezioni frontali (prof. Olivero)

# lezione
data
orario
aula
1
26/04/2016
9:00-11:00
aula D1, 5° piano, via P. Giuria 9
2
28/04/2016
9:00-11:00
aula D1, 5° piano, via P. Giuria 9
3
02/05/2016
11:00-13:00 
aula D1, 5° piano, via P. Giuria 9
4
03/05/2016
9:00-11:00
aula D1, 5° piano, via P. Giuria 9
5
05/05/2016
9:00-11:00
aula D1, 5° piano, via P. Giuria 9
6
06/05/2016
11:00-13:00 
aula D1, 5° piano, via P. Giuria 9
7
09/05/2016
11:00-13:00 
aula D1, 5° piano, via P. Giuria 9
8
10/05/2016
9:00-11:00 
aula D1, 5° piano, via P. Giuria 9
9
12/05/2016
9:00-11:00 
aula D1, 5° piano, via P. Giuria 9
10
13/05/2016
9:00-11:00
aula D1, 5° piano, via P. Giuria 9
11
 16/05/2016
 11:00-13:00
aula D1, 5° piano, via P. Giuria 9
12
 17/05/2016
9:00-11:00 
aula D1, 5° piano, via P. Giuria 9
lab intro
19/05/2016
9:00-11:00
 aula D1, 5° piano, via P. Giuria 9

Orario laboratorio (prof. Olivero)

data
sessione #1
sessione #2
 
 
 
 
 
 
 
   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Composizione gruppi di laboratorio

...

Appelli (prof. Olivero)

# appello
data
orario
aula
1
27/06/2016
9:00
sala Franzinetti, 3° piano, via P. Giuria 1
2
18/07/2016
9:00
sala Franzinetti, 3° piano, via P. Giuria 1
3
12/09/2016
9:00
sala Franzinetti, 3° piano, via P. Giuria 1

Frontal lectures timesheet (prof. Olivero)

# lecture
date
time
room
1
26/04/2016
9:00-11:00
room D1, 5th floor, via P. Giuria 9
2
28/04/2016
9:00-11:00
room D1, 5th floor, via P. Giuria 9
3
02/05/2016
11:00-13:00 
room D1, 5th floor, via P. Giuria 9
4
03/05/2016
9:00-11:00
room D1, 5th floor, via P. Giuria 9
5
05/05/2016
9:00-11:00
room D1, 5th floor, via P. Giuria 9
6
06/05/2016
11:00-13:00 
room D1, 5th floor, via P. Giuria 9
7
09/05/2016
11:00-13:00 
room D1, 5th floor, via P. Giuria 9
8
10/05/2016
9:00-11:00 
room D1, 5th floor, via P. Giuria 9
9
12/05/2016
9:00-11:00 
room D1, 5th floor, via P. Giuria 9
10
13/05/2016
9:00-11:00
room D1, 5th floor, via P. Giuria 9
11
 16/05/2016
 11:00-13:00
room D1, 5th floor, via P. Giuria 9
12
 17/05/2016
9:00-11:00 
room D1, 5th floor, via P. Giuria 9
lab intro
19/05/2016
9:00-11:00
 room D1, 5th floor, via P. Giuria 9


Laboratory timesheet (prof. Olivero)

date
session #1
session #2
 
 
 
 
 
 
 
   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Laboratory groups

...

Exams (prof. Olivero)

# exam
date
time
room
1
27/06/2016
9:00
room Franzinetti, 3th floor, via P. Giuria 1
2
18/07/2016
9:00
room Franzinetti, 3th floor, via P. Giuria 1
3
12/09/2016
9:00
room Franzinetti, 3th floor, via P. Giuria 1

 

Oggetto:
Last update: 02/05/2016 14:45
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