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.

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.

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.

L'insegnamento verte sui seguenti argomenti: Classificazione dei materiali. I materiali semiconduttori. Richiami di cristallografia e difetti, con particolare attenzione ai materiali semiconduttori. Richiami di fisica dello stato solido. 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. Tecniche di crescita epitassiale. Eterogiunzioni. Quantum well. Dispositivi optoelettronici. Materiali per dispositivi fotonici. Materiali per fotovoltaico. Cenni a disponibilità, riciclo e sicurezza dei materiali funzionali. Esercitazioni di calcolo: onde e particelle, trasporto nei semiconduttori, giunzione pn. Esercitazione di processo simulato. Esercitazioni e laboratori di gruppo: smontaggio apparecchiature elettroniche; microscopio a forza atomica: misura e analisi dati; osservazione microcircuiti al SEM.

L'insegnamento sarà organizzato con: - lezioni frontali; - esercitazioni in aula; - esercitazioni e laboratori di gruppo; - eventuali seminari su temi di interesse del corso.

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 - M. J. Madou - Fundamentals of Microfabrication and Nanotechnology, CRC Press I docenti si premureranno di fornire agli studenti le diapositive proiettate, prima o dopo la lezione.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto individuale;

Exam: Written test; Compulsory oral exam; Individual essay;

... 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 2 h, durante il quale gli studenti devono risolvere alcuni esercizi, simili ad altri già visti durante le esercitazioni, sia di calcolo sia di processo simulato . Lo scopo di questo scritto è da una parte dare prova di competenza nell'esecuzione di calcoli complessi, senza commettere errori, dall'altra di familiarizzarsi con il processo logico di costruzione di dispositivi. Saranno presenti anche alcune domande teoriche. 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 25% del punteggio totale, e lo scritto non più del 30%. Tuttavia il docente si riserva di variare tali percentuali a seconda dei casi specifici.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.