L'obiettivo del presente insegnamento è fornire agli studenti le conoscenze di base ed avanzate della Fisica dei materiali semiconduttori e della Tecnologia ad essi correlata.
Il corso si svolge prevalentemente tramite lezioni frontali su lavagna interattiva multimediale. Il materiale prodotto sulla LIM viene messo a disposizione degli studenti attraverso la piattaforma STUDIUM.
In alcune occasioni si prevede di svolgere visite ai laboratori di ricerca presenti al DFA per approfondire argomenti del corso.
Conoscenza di base di Struttura della Materia e di Meccanica Quantistica
Frequenza obbligatoria
Struttura e proprietà generali dei semiconduttori - Formazione della banda proibita - Schema a bande di energia - Metalli, isolanti e semiconduttori
Densità degli stati e massa efficace - Elettroni e lacune
Statistica dei semiconduttori intrinseci - Legge di azione di massa - Drogaggio - Neutralità di carica
Statistica dei semiconduttori drogati - Compensazione - Ionizzazione dei livelli droganti - Dipendenza dei portatori di carica dalla temperatura
Conducibilità elettrica, scattering, mobilità e dipendenze dalla temperatura - Relazione di Einstein
Processi di generazione e ricombinazione - Ricombinazione banda a banda - Ricombinazione Shockley, Read & Hall - Determinazione sperimentale della concentrazione dei portatori e della loro mobilità- Esperienza di Haynes Shockley
Assorbimento di luce da portatori liberi - Transizioni ottiche dirette
Transizioni ottiche indirette - Eccitoni - Emissione di luce - Semiconduttori binari, ternari e quaternari - Proprietà ottiche di eterostrutture e nanostrutture
Diodo Schottky
Sistema metallo\ossido\semiconduttore - Capacità del MOS - Tensione di banda piatta -
Giunzione pn all'equilibrio: piegamento delle bande, regione di svuotamento, campo e potenziale interno
Giunzione pn fuori dall'equilibrio: polarizzazione diretta e inversa, iniezione ed estrazione di minoritari, legge di Shockley caratteristica corrente-tensione
Giunzione pn: quasi livello di Fermi, curva capacità-tensione, rottura della giunzione (instabilità termica, effetto Zener, portatori caldi), transiente polarizzazione giunzione
Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET): principi di funzionamento e caratteristiche corrente tensione - Sensori di luce e di gas a semiconduttori
Tecniche di drogaggio - Impiantazione ionica
Litografia - diffusione termica
Legge di Moore - RIE (reactive ion etching), camere pulite, acqua deionizzata - Memorie volatili e non volatili
Dispositivi di potenza
Celle elettrochimiche - Elettrodi - leggi di Faraday - cinetica di reazione
Elettrodeposizione - Legge di Nernst-Einstein - EIS (spettroscopia a impedenza elettrochimica)
Voltammetria ciclica e transiente
B. Sapoval, C. Hermann - Physics of Semiconductors - Springer-Verlag
S.M. Sze - Physics of Semiconductor Devices (3rd edition) - Wiley
L. Colombo - Fisica dei semiconduttori - Zanichelli
K. B. Oldham, J. C. Myland - Fundamentals of Electrochemical Science - Academic Press
Il materiale didattico eventualmente consegnato (in aula o via Studium) e gli appunti del corso sono una guida per lo studente che dovrà comunque studiare sui testi consigliati.
Argomenti | Riferimenti testi | |
1 | Struttura a bande - drogaggio - statistica dei portatori | cap 1-5 Sapoval Hermann |
2 | Fenomeni di trasporto di carica elettrica - Assorbimento e radiazione di luce | Sapoval Hermann |
3 | Giunzione metallo-semiconduttore, MOS, giunzione pn, MOSFET | Sapoval Hermann, Sze |
4 | tecnologie correlate ai semiconduttori | Sapoval Hermann, Sze |
5 | Elettrochimica e semiconduttori | Oldham |
Lo scopo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati. Essa consiste in una prova orale, con tesina monotematica opzionale
Statistica dei portatori in semiconduttori drogati
Assobimento di luce da portatori liberi
Massa efficace
Giunzione pn
EIS