FISICA DEI SEMICONDUTTORI

Scheda dell'insegnamento

Anno accademico di regolamento: 
2015/2016
Anno di corso: 
1
Anno accademico di erogazione: 
2015/2016
Tipo di attività: 
Obbligatorio a scelta
Lingua: 
Italiano
Crediti: 
6
Ciclo: 
Secondo Semestre
Ore di attivita' didattica: 
42
Prerequisiti: 

Fisica moderna, metodi matematici avanzati, fisica dello stato solido

Moduli

Metodi di valutazione

Tipo di esame: 
Orale
Modalita' di verifica dell'apprendimento: 

prova orale

Valutazione: 
Voto Finale

Obiettivi formativi

Apprendimento dei concetti e delle metodologie più avanzate della fisica dei semiconduttori prerequisiti per la comprensione di diversi aspetti connessi con la nanoelettronica e le nanotecnologie.

Contenuti

STRUTTURA ELETTRONICA
Richiami sulla struttura a bande, massa efficace e sua determinazione sperimentale
Approssimazione kp
Difetti reticolari: proprietà strutturali ed elettroniche
Difetti di punto; droganti; difetti intrinseci; impurezze; complessi.
Difetti “shallow”: teoria della massa efficace.
Difetti “deep”: funzioni di Green.
Cenni ad alcune tecniche sperimentali per lo studio dei difetti

DISTRIBUZIONI IN EQUILIBRIO
Statistica; termodinamica; densita' di stati; distribuzione di buche ed elettroni; semiconduttori intrinseci ed estrinseci, potenziale chimico e livello di Fermi.

PROPRIETA' OTTICHE
Interazione fotone-elettrone; assorbimento banda-banda; assorbimento eccitonico; assorbimento di portatori liberi; riflettivita'; assorbimento del reticolo; impurezze. Spettroscopia ottica di impurezze e droganti (Raman, Fotoluminescenza, Fotoionizzazione).

PROPRIETA' DI TRASPORTO
Grandezze macroscopiche caratterizzanti il trasporto. Equazione di Boltzmann; funzione di distribuzione; trasporto di carica; processi di scattering, tempi di rilassamento; effetto Hall, magnetoresistenza, effetti di elevato campo elettrico (portatori caldi), resistenza differenziale negativa, effetto Gunn. Semiconduttori in condizioni di equilibrio e di non equilibrio. Ricombinazione di cariche, deriva e diffusione.

NANOSTRUTTURE
Strutture bi-, mono-, zero dimensionali e relative proprietà elettroniche: effetto Hall quantistico, oscillazioni Aharonov-Bohm.

APPLICAZIONI
Diodo (giunzion pn), transistor a singolo elettrone SET), giunzione tunnel magnetiche (MTJ)

Programma esteso

STRUTTURA ELETTRONICA
Richiami sulla struttura a bande, massa efficace e sua determinazione sperimentale
Approssimazione kp
Difetti reticolari: proprietà strutturali ed elettroniche
Difetti di punto; droganti; difetti intrinseci; impurezze; complessi.
Difetti “shallow”: teoria della massa efficace.
Difetti “deep”: funzioni di Green.
Cenni ad alcune tecniche sperimentali per lo studio dei difetti

DISTRIBUZIONI IN EQUILIBRIO
Statistica; termodinamica; densita' di stati; distribuzione di buche ed elettroni; semiconduttori intrinseci ed estrinseci, potenziale chimico e livello di Fermi.

PROPRIETA' OTTICHE
Interazione fotone-elettrone; assorbimento banda-banda; assorbimento eccitonico; assorbimento di portatori liberi; riflettivita'; assorbimento del reticolo; impurezze. Spettroscopia ottica di impurezze e droganti (Raman, Fotoluminescenza, Fotoionizzazione).

PROPRIETA' DI TRASPORTO
Grandezze macroscopiche caratterizzanti il trasporto. Equazione di Boltzmann; funzione di distribuzione; trasporto di carica; processi di scattering, tempi di rilassamento; effetto Hall, magnetoresistenza, effetti di elevato campo elettrico (portatori caldi), resistenza differenziale negativa, effetto Gunn. Semiconduttori in condizioni di equilibrio e di non equilibrio. Ricombinazione di cariche, deriva e diffusione.

NANOSTRUTTURE
Strutture bi-, mono-, zero dimensionali e relative proprietà elettroniche: effetto Hall quantistico, oscillazioni Aharonov-Bohm.

APPLICAZIONI
Diodo (giunzion pn), transistor a singolo elettrone SET), giunzione tunnel magnetiche (MTJ)

Bibliografia consigliata

- M. Balkanski and R.F. Wallis, Semiconductor Physics and Applications (Oxford) [Capitoli: 1, 2, 3(1,4,5,6,7), 4, 5, 6, 8, 10(1,2,3,4,8), 12(1,2), 18]
- Note del docente
- Testi integrativi e di approfondimento su temi specifici

Modalità di erogazione

Convenzionale

Metodi didattici

Lezione frontale