Master degree in Materials Science

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"

• 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, transistor e celle celle fotovoltaiche.
• Introdurre concetti di base per i sistemi a bassa dimensionalità

 EMERGENZA SANITARIA: Obiettivi formativi invariati.

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

 EMERGENZA SANITARIA: Risultati dell'apprendimento attesi invariati.

Lezioni frontali:

• 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)

Attività in laboratorio:

• caratterizzazione di una cella fotovoltaica;
• caratterizzazione di transistors BJT, J-FET e MOSFET;
• caratterizzazione di una giunzione p-n in funzione della temperatura.

EMERGENZA SANITARIA: Il programma del corso è invariato.

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.

EMERGENZA SANITARIA: nel perdurare della emergenza sanitaria, verrà garantita l'erogazione di tutte le lezioni frontali in modalità telematica sincrona dalla pagina Webex del docente, ovvero seguendo una ben definita calendarizzazione delle lezioni stesse nel periodo didattico. Le video-registrazioni saranno successivamente scaricabili dalla pagina e-learning/moodle del corso. L'erogazione della didattica laboratoriale in presenza verrà garantita compatibilmente con le normative vigenti, ovvero in termini di numero massimo di frequentatori simultanei del laboratorio. Eventuali rimodulazioni della calendarizzazione delle sessioni laboratoriali saranno valutate dal docente sulla base dei vincoli che saranno imposti all'accessibilità dei laboratori.

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.

 EMERGENZA SANITARIA: se possibile in base alle normative vigenti, gli esami si svolgeranno in presenza presso i locali del Dipartimento di Fisica in via Pietro Giuria 1. In ottemperanza al Decreto Rettorale n. 2576/2020, verrà comunque data la possibilità di tenere gli esami in modalità telematica agli studenti che si troveranno in almeno una delle seguenti condizioni:

• situazione di fragilità (diretta e indiretta, malattia, etc)
• residenza o domicilio fuori regione
• assenza temporanea dal territorio regionale per esigenze documentabili

Nel caso, le suddette condizioni dovranno essere documentate dallo studente tramite auto-dichiarazione, consapevole che l’Ateneo potrà richiedere riscontro di tale condizione mediante la presentazione di documentazione oggettiva che attesti quanto autocertificato. In caso di dichiarazione mendace l'interessato potrà essere depennato dall’elenco degli iscritti all’appello.

 EMERGENZA SANITARIA: Nel perdurare della emergenza sanitaria, le necessarie misure di didattica integrativa (sessioni telematiche di tutoraggio e assistenza agli studenti) saranno concordate con gli studenti ed organizzate per facilitare la comprensione dei contenuti didattici.

[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

 EMERGENZA SANITARIA: Nel perdurare della emergenza sanitaria, le necessarie misure verranno intraprese per rendere facilmente accessibile in remoto il materiale didattico integrativo.