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Scienza e tecnologia dei materiali funzionali

02MUXMZ

A.A. 2018/19

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Dei Materiali - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 80
Esercitazioni in aula 15
Esercitazioni in laboratorio 5
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Pavese Matteo Professore Associato ING-IND/22 58.5 12 5 0 7
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
FIS/03
ING-IND/22
4
6
B - Caratterizzanti
B - Caratterizzanti
Discipline fisiche e chimiche
Discipline dell'ingegneria
2018/19
L'insegnamento di Scienza e Tecnologia dei Materiali Funzionali si pone come obiettivo il far conoscere agli studenti la classe dei materiali semiconduttori e le problematiche relative al concetto di materiale funzionale. L'insegnamento tratta: della teoria necessaria per comprendere il funzionamento di un semiconduttore, del funzionamento di alcuni dispositivi di base, dei processi tecnologici utilizzati per ottenere i materiali semiconduttori e per costruire i dispositivi, di alcune tecniche di caratterizzazione, di alcuni materiali, processi e applicazioni innovativi nell'ambito dei materiali funzionali. L'insegnamento si pone come obiettivo anche la familiarizzazione con la modalità di calcolo tipica dell'ambito dei materiali semiconduttori, tramite esercitazioni mirate, e lo sviluppo della capacità di spiegazione ed esposizione di argomenti affini a quelli dell'insegnamento, tramite esercitazioni e laboratori di gruppo.
The aim of the course of Science and Technology of Functional Materials is to help students to know the semiconductor materials class and the problems connected to the concept of functional material. The course is about: the theory necessary to understand the behaviour of a semiconductor, the mode of operation of some basic devices, the technological processes used for the preparation of the semiconductor materials and for the building of the devices, some characterization techniques, some innovative materials, processes and applications in the field of functional materials. Another objective of the course is also for the students to familiarize with the calculations typical of the semiconductors field, through well-aimed exercises, and to develop the ability of explaining and presenting subjects close to those treated in the course, through group exercises and laboratory experiences.
L' obiettivo del'insegnamento è che gli studenti comprendano e conoscano: - i meccanismi fisico-chimici alla base del funzionamento dei semiconduttori; - la fisica dei dispositivi basati su tali materiali; - l'interazione tra particelle (elettroni, fotoni) e la materia; - la relazione struttura-proprietà dei materiali semiconduttori; - il funzionamento dei principali dispositivi di base; - i principi base dei materiali per elettronica e optoelettronica; - le principali tecnologie utilizzate per la preparazione dei materiali semiconduttori; - alcune tecniche di caratterizzazione; - alcuni materiali, processi o applicazioni innovativi. L'insegnamento mira a far sì che gli studenti comprendano i fenomeni fisici alla base dei materiali funzionali e le modalità con cui la tecnologia cerca di risolvere i problemi. La pura conoscenza, senza un'adeguata comprensione, non viene perseguita durante l'insegnamento.
The aim of the course is that the students understand and know: - the physico-chemical mechanisms at the basis of the operation of the semiconductors; - the physics of the devices based on these materials; - the interaction between particles (electrons, photons) and the matter; - the structure-properties interaction in semiconductors; - the mode of operation of the main basic devices; - the basic principles of materials for electronics and optoelectronics; - the main technologies used for the preparation of semiconductor materials; - some characterization techniques; - some innovative materials, processes or applications. The course aim at the students comprehension of the physical phenomena at the basis of functional materials and of the way used by technology to bring further development. Pure knowledge, without a suitable understanding, is not active sought during the course.
L'insegnamento di Scienza e Tecnologia dei Materiali Funzionali richiede conoscenze pregresse in: - analisi matematica (conoscenze di base, derivate, integrali, studio di funzioni, sviluppi in serie, concetti sulla trasformata di Fourier) - fisica I (concetti di base su: dinamica, meccanica dei fluidi, termodinamica) - chimica (concetti di base su: legame chimico, interazioni intermolecolari, stati della materia, equilibri, cinetica, termodinamica, chimica organica) - fisica II (proprietà elettriche e magnetiche, onde elettromagnetiche, ottica) - scienza e tecnologia dei materiali (tutto) Sono in particolare importanti le conoscenze di fisica II e soprattutto le conoscenze di base di scienza e tecnologia dei materiali.
The course of Science and Technology of Functional Materials requires knowledge in: - mathematical analysis (base knowledge, derivatives, integrals, functions, development in series, basic knowledge on Fourier transforms) - physics I (basis concepts on: dynamics, fluid mechanics, thermodynamics) - chemistry (basis concepts on: chemical bond, intermolecular interactions, states of the matter, equilibriums, kinetics, thermodynamics, organic chemistry) - physics II (electrical and magnetic properties, electromagnetic waves, optics) - science and technology of materials (all subjects) Particularly important are the knowledge of physics II and in particular of science and technology of materials.
L'insegnamento verte sui seguenti argomenti: Classificazione dei materiali. I materiali semiconduttori. Proprietà dei materiali, con particolare attenzione ai materiali semiconduttori: cristallografia e difetti, proprietà elettriche, termiche, magnetiche e ottiche, cenni sui materiali alla nanoscala. Trasporto nei semiconduttori. Drogaggio. Giunzione pn. Transistor. Precursori del silicio e dei materiali III-V. Crescita dei monocristalli di silicio, dei materiali III-V e di altri semiconduttori. Wafering dei substrati e controlli di processo. Clean room e siti produttivi. Tecniche litografiche, di deposizione, di ossidazione, attacchi chimici e diffusione, impiantazione ionica. Tecnologia dei circuiti integrati. Tecnologia dei dispositivi optoelettronici. Tecniche di caratterizzazione: microscopia ottica ed elettronica, microscopie SPM, cenni a RBS, SIMS. Nucleazione e crescita cristallina. Tecniche di crescita epitassiale. Eterogiunzioni. Quantum well. Dispositivi optoelettronici. Fibre ottiche. Materiali per dispositivi fotonici. Sicurezza dei materiali, riciclo dei materiali funzionali, ingegneria responsabile. Esercitazioni di calcolo: onde e particelle, trasporto nei semiconduttori, giunzione pn, diffusione. Esercitazioni e laboratori di gruppo: smontaggio apparecchiature elettroniche, taglio e preparazione provini per osservazione al microscopio ottico ed elettronico. Presentazioni dei gruppi. Seminari: presentazioni su argomenti di interesse dell'insegnamento.
The course comprehends the following subjects: Classification of materials. Semiconducting materials. Properties of materials, with a particular attention to semiconducting materials: crystallography and defects, electrical, thermal, magnetic and optic properties, elements on nanoscale materials properties. Transport in semiconductors. Doping. Pn junction. Transistors. Precursors of silicon and of III-V materials. Growth of monocrystals of Si, III-V materials and other semiconductors. Wafering of substrates and process control. Clean room and production sites. Lithography, deposition, oxidation, etching, diffusion, ionic implantation. Integrated circuits technology. Optoelectronic devices technology. Characterization techniques: optical and electronic microscopy, SPM microscopies, elements of RBS, SIMS. Nucleation and crystal growth. Epitaxial growth techniques. Heterojunctions. Quantum wells. Optoelectronic devices. Optical fibres. Materials for photonic devices. Safety of materials, recycle of functional materials, responsible engineering. Exercises of calculations: waves and particles, transport in semiconductors, pn junction, diffusion. Group exercised and laboratories: dismounting of electronic equipment, cutting and preparation of sample for observation at optical and electronic microscope. Groups presentations. Seminars: presentations on subjects close to the course.
L'insegnamento sarà organizzato con: - lezioni frontali; - esercitazioni in aula (con particolare attenzione alla capacità di eseguire calcoli complessi senza errori); - esercitazioni e laboratori di gruppo, basate sull'analisi di dispositivi elettronici reali; - seminari di docenti interni o esterni.
The course will be organized with: - lectures; - exercises in the classroom (with particular attention to the ability of carry out complex calculations without errors); - group exercise and laboratories, based on the analysis of real electronic devices; - seminars of internal or external teachers.
Non esiste un libro di testo univoco, la bibliografia dell'insegnamento sarà citata man mano durante le lezioni. Tuttavia come riferimenti generali si consigliano: - Sze. Dispositivi a semiconduttore. Ed. Hoepli - un libro sulla microfabbricazione, per esempio: Franssila. Introduction to microfabrication. Wiley I docenti si premureranno di fornire agli studenti le diapositive proiettate, prima o dopo la lezione.
No single textbook exists, the references will be given during the course. However, as a general reference, the following books are suggested: - Sze. Semiconductor devices, Wiley - a book on microfabrication, for instance: Franssila. Introduction to microfabrication. Wiley The teachers will provide the student with the course slides, before or after the classes.
Modalità di esame: prova scritta; prova orale obbligatoria; elaborato scritto individuale;
L’esame consisterà di tre parti: - realizzazione di una relazione, denominata "come funziona", in cui ogni studente dovrà scegliere un oggetto, dispositivo, tecnologia, o processo, e descriverlo in un numero limitato di caratteri, privilegiando la parte di spiegazione rispetto alla parte descrittiva. All'esame orale dovrà presentare in pochi minuti tale relazione, spiegando come funziona l'oggetto/dispositivo/... da lui/lei scelto. - scritto di durata pari a 1 h, durante il quale gli studenti devono risolvere 3 esercizi, simili ad altri già visti durante le esercitazioni. Lo scopo di questo scritto è dare prova di competenza nell'esecuzione di calcoli complessi, senza commettere errori. Durante lo scritto non si potrà consultare materiale didattico ma verrà fornito un formulario nel quale sono presenti tutti i dati e tutte le formule necessarie a completare gli esercizi proposti. Per lo scritto è necessaria una calcolatrice che permetta di fare calcoli con logaritmi e esponenziali. - orale. Innanzitutto gli studenti dovranno presentare in pochi minuti la relazione da loro svolta, dimostrando anche di saper rispondere a domande di spiegazione e approfondimento dell'argomento trattato. In seguito gli studenti dovranno essere in grado di dimostrare la comprensione degli argomenti trattati durante l'insegnamento. Durante l'orale sarà privilegiata, per il superamento dell'esame, la comprensione dei fenomeni rispetto alla pura conoscenza mnemonica. Le tre parti dell'esame saranno utilizzate per determinare una valutazione complessiva degli studenti. Approssimativamente la relazione vale non più del 20% del punteggio totale, e lo scritto non più del 30%. Tuttavia il docente si riserva di variare tali percentuali a seconda dei casi specifici.
Exam: written test; compulsory oral exam; individual essay;
The exam will consist in three parts: - preparation of a report, named "how it works", in which every student will choose an object, device, technology or process, and will describe it in a limited number of characters, putting first the explanation with respect to the description. At the oral exam he/she will present this report in a few minutes, explaining how the object/device/... works. - written part, of 1 h duration, during which the students will have to solve 3 exercises, similar to others already seen during the exercises in the classroom. The aim of this written part is to demonstrate competence in executing complex calculations without errors. During the written exam, it will be forbidden to use one's own material, however all the students will receive a formulary where it will be present all the data and the formulas needed to complete the proposed exercises. For the written exam it is necessary to have a calculator that allow logarithms and exponentials. - oral part. First of all, the students will have to present in a few minutes the prepared report, and to demonstrate to be able to answer to questions on explanation or in depth examination of the selected topic. Afterwards, the students will be required to demonstrate their understanding of the subjects treated during the course. During the oral, in order to pass the examination, the understanding of the phenomena will be put first with respect to the pure mnemonic knowledge. The three parts of the exam will be used to determine the overall evaluation of the students. Approximately, the report is worth no more than 20% of the total mark, while the written part no more than 30%. However, the teacher reserve its right to modify these percentages depending on the particular case.


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