L'obiettivo del presente insegnamento è fornire agli studenti le conoscenze avanzate della Fisica dei materiali semiconduttori e dei materiali superconduttori e di qualche dispositivo basato su di essi.
Conoscenza di base di Struttura della Materia e di Meccanica Quantistica
Frequenza obbligatoria
Semiconduttori (3 crediti)
Struttura e proprietà generali dei semiconduttori - Gas di Fermi - Schema a bande – Metalli, isolanti e semiconduttori - Densità degli stati e massa efficace - Elettroni e lacune – Proprietà elettroniche di difetti e impurezze - Concentrazione di portatori di carica all'equilibrio - Accettori e donatori - Legge di azione di massa - Dipendenza dei portatori di carica dalla temperatura - Conducibilità elettrica, scattering, mobilità e dipendenze dalla temperatura
Semiconduttori in condizioni di non equilibrio - Iniezione ed estrazione di portatori minoritari – Corrente di diffusione - Processi di generazione e ricombinazione - Ricombinazione banda a banda - Ricombinazione Shockley, Read & Hall - Ricombinazione Auger- Tempo di vita –Determinazione sperimentale della concentrazione dei portatori e della loro mobilità- Esperienza di Haynes Shockley - Relazione di Einstein
Assorbimento da portatori liberi - Transizioni ottiche dirette ed indirette - Eccitoni - Emissione di luce – Semiconduttori binari, ternari e quaternari - Proprietà ottiche di eterostrutture e nanostrutture
Sistema metallo\ossido\semiconduttore - Capacità del MOS - Tensione di banda piatta - Conduttanza di canale –Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET): principi di funzionamento e caratteristiche corrente tensione - Memorie volatili e non volatili
Superconduttori (3 crediti)
Resistenza nulla, effetto Meissner, quantizzazione del flusso - Modello di Gorter Casmir - Teoria elementare dei London della elettrodinamica dei superconduttori - Teoria di Ginzburg Landau.
Coppie di Cooper, origine della interazione attrattiva ed “s-wave pairing” - Stato fondamentale BCS - Struttra a bande e gap superconduttiva, densità degli stati - Effetti a temperatura finita: temperatura critica - Lunghezza di penetrazione - Tunnel elettronico e di coppie di Cooper – Effetto Josephson - Effetto Josephson in presenza di un flusso magnetico: Superconducting Quantum Interference Devices (SQUID).
Effetto Josephson in giunzioni mesoscopiche - Atomi artificali superconduttivi – Cenni di superconduttività ad alta temperatura - Fenomenologia e modello classico di Lawrence Doniach per i superconduttori stratificati - “d-wave pairing”.
B. Sapoval, C. Hermann - Physics of Semiconductors - Springer-Verlag
S.M. Sze - Physics of Semiconductor Devices - Wiley
Michael Tinkham - Introduction to Superconductivity: Second Edition - Dover Books on Physics
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 (lezioni 1-6) | cap 1-5 Sapoval Hermann |
2 | * | Fenomeni di trasporto di carica elettrica - Assorbimento e radiazione di luce (lezioni 7-10) | Sapoval Hermann |
3 | * | Giunzione metallo-semiconduttore e MOS | Sapoval Hermann, Sze |
Lo scopo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati. Essa consiste in una prova orale.
non presenti
Nella prova orale saranno verificate le conoscenze di teoria attraverso domande generali sugli argomenti del corso.
L'esame si ritiene superato se lo studente totalizza più di 18.
Statistica dei portatori in semiconduttori drogati
Assobimento di luce da portatori liberi
Massa efficace