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Oggetto:
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Solid State Physics/A

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Solid State Physics/A

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Academic year 2019/2020

Course ID
CHI0027/A
Teacher
Prof. Paolo Olivero (Lecturer)
Modular course
Degree course
Scienza dei Materiali [LM-53]
Year
1st year
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
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"
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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 e celle celle fotovoltaiche.

- Introdurre concetti di base per i sistemi a bassa dimensionalità

 DIDATTICA ALTERNATIVA: 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 and photovoltaic devices.

- To introduce basic concepts for low-dimensionality systems

 REMOTE TEACHING: The objectives of the course are unchanged

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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

 DIDATTICA ALTERNATIVA: 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

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

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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.

 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 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.

 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.

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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.

 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 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.

 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.

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Support activities

Attività di supporto

Attività in laboratorio:

- caratterizzazione di una cella fotovoltaica;

- caratterizzazione di una giunzione p-n a temperatura ambiente e in funzione della temperatura.

 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:

- characterization of a photovoltaic cell;

- charcaterization of a p-n junction at room temperature and at variable temperature.

 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.

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Program

- 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)

 DIDATTICA ALTERNATIVA: Il programma del corso è invariato

- 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)

 REMOTE TEACHING: The program of the course is unchanged

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Suggested textbooks and readings

[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

[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

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Note

Orario laboratorio

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esp1: caratterizzazione giunzioni PN

esp2: caratterizzazione celle fotovoltaiche

esp3: caratterizzazione giunzione PN in temperatura

 

Composizione gruppi di laboratorio

# gruppo
membri
   
   
   
   
   
   
   
   
   

 

Appelli

# appello
data
orario
aula
       
       
       

Laboratory timesheet

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exp1: characterization of PN junctions

exp2: characterization of photovoltaic cells

exp3: characterization of PN junction in temperature

 

Composition of lab groups

# group
members
   
   
   
   
   
   
   
   
   

 

Exams

# exam
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room
       
       
       

 

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Last update: 09/04/2020 18:13
Location: https://www.materials-science.unito.it/robots.html
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