Vai al contenuto principale
Coronavirus: aggiornamenti per la comunità universitaria / Coronavirus: updates for UniTo Community
Oggetto:
Oggetto:

Solid State Physics (MaMaself)

Oggetto:

Solid State Physics (MaMaself)

Oggetto:

Academic year 2019/2020

Course ID
MFN1281
Teaching staff
Prof. Marco Truccato (Lecturer)
Prof. Paolo Olivero (Lecturer)
Degree course
MaMaself
Year
1st year
Type
Basic
Credits/Recognition
8
Course disciplinary sector (SSD)
FIS/03 - fisica della materia
Delivery
Class Lecture
Language
Italian
Attendance
Obligatory
Type of examination
Oral
Prerequisites

È richiesta padronanza delle seguenti tematiche: meccanica quantistica, meccanica statistica, struttura cristallina, reticolo reciproco, fononi, stati elettronici (gas di elettroni liberi, bande energetiche).

The student should be familiar with the following topics: quantum mechanics, statistical mechanics, crystal structure, recyprocal lattice, phonons, electronic states (free electron gas, energy bands).

Course borrowed from
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

 DIDATTICA ALTERNATIVA: Obiettivi formativi invariati

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.

 REMOTE TEACHING: The objectives of the course are unchanged

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

 DIDATTICA ALTERNATIVA: Risultati dell'apprendimento attesi invariati

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.

 REMOTE TEACHING: The expected learning results of the course are unchanged

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.

 DIDATTICA ALTERNATIVA: In concomitanza con l'emergenza COVID-19, ed in ottemperanza ai relativi decreti ministeriale e rettorale, il corso è erogato in modalità a distanza per tutto il periodo di chiusura delle strutture didattiche dell'Università. Le lezioni a distanza saranno erogate in streaming mediante piattaforma Webex nelle date ed orari corrispondenti (compatibilmente con eventuali problematiche tecniche che dovessero presentarsi) alla calendarizzazione originaria del corso. In seguito, le video-registrazioni saranno scaricabili dalla pagina moodle/e-learning del corso.

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.

 REMOTE TEACHING: In concurrence with the COVID-19 emergency situation, and in compliance with the relevant dispositions of the Ministry and of the University, the course is offered in remote teaching mode for the whole period in which in the University structures will be closed to public access. The remote teching will be delivered with streaming videos on Webex platform in concurrence of the dates and times of the original calendar of the course (compatibly with possible technical problems). Subsequently, the recorded videos will be downloadable from the moodle/e-learning page of the course.

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.

 ESAMI A DISTANZA: In concomitanza con l'emergenza COVID-19, ed in ottemperanza al decreto rettorale rep. 1097/2020 del 20/03/2020, gli esami si terranno secondo le suddette modalità, utilizzando la piattaforma di tele-conferenza Webex. In particolare, come già da prassi consolidata, la commissione sarà formata di almeno 2 docenti, e ciascun esame si terrà in presenza di almeno uno studente auditore.

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.

 REMOTE EXAMS: in concurrence with the COVID-19 emergency situation, and in compliance with the rectoral decree rep. 1097/2020 of 20/03/2020, the exams will be organized with the above-described modalities, by adopting the Webex tele-conference platform. In particular, following a consolidated procedure, each evaluation commission will be composed by at least two teachers, and at least one student will participate as witness.

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, caratterizzazione di difetti otticamente attivi in semiconduttori ad ampia gap

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

 DIDATTICA ALTERNATIVA: In concomitanza con l'emergenza COVID-19, ed in ottemperanza ai relativi decreti ministeriale e rettorale, i moduli di laboratorio del corso saranno erogato in modalità a distanza. Le modalità di erogazione di questa offerta didattica sostitutiva sono attualmente allo studio dei docenti, che ne daranno tempestiva comunicazione agli studenti.

Laboratory activities:

- Semiconductors: characterization oof a photovoltaic cell, characterization of a pn junction at room temperature and at variable temperature, characterization of optically active defects in wide-bandgap semiconductors

- 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

 ATTIVITÀ LABORATORIALI A DISTANZA: In concurrence with the COVID-19 emergency situation, and in compliance with the relevant dispositions of the Ministry and of the University, the laboratory parts of the course will be delivered in remote mode. The modalities of this alternative teaching offer are currently being developed by the teachers, who will promptly update the students as soon as they are ready for fruition.

Oggetto:

Program

Semiconduttori:

- Modello tight binding

- 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

 DIDATTICA ALTERNATIVA: Il programma del corso è invariato

Semiconductors:

- 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

- 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

 REMOTE TEACHING: The program of the course is unchanged

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 laboratorio

data
ora
 Gr. 4
 Gr. 5
       
       
       
       
       
       

esp1: caratterizzazione giunzioni PN

esp2: caratterizzazione celle fotovoltaiche

esp3: caratterizzazione giunzione PN in temperatura

 

Composizione gruppi di laboratorio

# gruppo
membri
   
   

 

Appelli prof. Olivero

# appello
data
orario
aula
       
       
       

Laboratory timesheet

date
time
 Gr. 4
 Gr. 5
       
       
       
       
       
       

exp1: characterization of PN junctions

exp2: characterization of photovoltaic cells

exp3: characterization of PN junction in temperature

 

Composition of lab groups

# group
members
   
   

 

Exams prof. Olivero

# exam
date
time
room
       
       
       

 

Oggetto:
Last update: 14/04/2020 18:43
Non cliccare qui!