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Anno Accademico 2015/16
02NPDPE
Solid state physics and electronic devices
Corso di Laurea Magistrale in Nanotechnologies For Icts (Nanotecnologie Per Le Ict) - Torino/Grenoble/Losanna
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Allia Paolo Maria Eugenio Icilio ORARIO RICEVIMENTO     60 20 0 0 6
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
FIS/03
ING-INF/01
4
4
C - Affini o integrative
B - Caratterizzanti
Attività formative affini o integrative
Ingegneria elettronica
Presentazione
The course is taught in English.
Questo insegnamento, collocato al primo semestre del primo anno della Laurea Magistrale in Nanotechnologies for ICTs , intende fornire le basi teoriche della fisica dello stato solido e la loro applicazione nei dispositivi elettronici a stato solido con particolare riferimento alle applicazioni nel settore delle tecnologie dell'informazione e della comunicazione (ICT).
Il ruolo dell'insegnamento è centrale nello sviluppo della figura professionale dell'ingegnere in nanotecnologie, in quanto in esso vengono fornite le basi per la comprensione dei successivi insegnamenti della Laurea Magistrale.
Il corso è suddiviso in due parti: nella prima gli studenti sono suddivisi in due squadre. Una squadra contiene gli studenti provenienti da corsi di Laurea Triennale dove non sono stati trattati gli elementi di base di meccanica quantistica e statistica necessari alla comprensione delle proprietà della materia. La seconda squadra contiene gli studenti che provengono da corsi di Laurea Triennali dove le basi della fisica moderna sono già stati introdotte. In entrambi i casi sono trattati, a due diversi livelli di approfondimento, gli aspetti fondamentali della fisica dello stato solido fino alla descrizione elementare dell'interazione microscopica radiazione-materia e agli strumenti essenziali per studiare le proprietà elettroniche di materiali reali e nano strutture. Nella seconda parte vengono introdotti gli strumenti di base per la comprensione del funzionamento e il design di dispositivi elettronici allo stato solido.
Risultati di apprendimento attesi
- Conoscenza del comportamento fisico di atomi a più elettroni e di molecole semplici.
- Conoscenza dei fenomeni connessi con l'interazione fra campo elettromagnetico radiante e materia.
- Conoscenza delle proprietà elettriche, ottiche di solidi cristallini e nanostrutture.
- Conoscenza approfondita, su rigorosa base quantistica, delle proprietà conduttive di metalli, semiconduttori ed isolanti anche nanostrutturati.
- Capacità di applicare le conoscenze acquisite per comprendere il funzionamento dei principali dispositivi elettronici a stato solido.
- Capacità di progettare i principali dispositivi elettronici a stato solido.
Prerequisiti / Conoscenze pregresse
- Fisica di base (meccanica, termodinamica, elettromagnetismo, ottica ondulatoria, elementi di struttura della materia)
- Elementi di fisica moderna.
- Elementi di elettronica.
Programma
Squadra 1
Transizione dalle fisica classica alla fisica quantistica. (0,5 cr)
Equazione di Schrodinger. Misura di una grandezza fisica. Principio di indeterminazione. (05 cr)
Problemi quantistici unidimensionali, Equazione di Schrodinger una schiera infinita di buche di potenziale. Elettroni nei solidi cristallini. (1 cr.)
Il gas di fotoni (distribuzione di Bose-Einstein), il gas di elettroni (distribuzione di Fermi-Dirac). (1 cr.)
Proprietà elettriche di semiconduttori e metalli (0,5 cr)
Interazione fotoni ' materia (0,5 cr)

Squadra 2
- L'equazioni del trasporto di Boltamann e la conducibilità elettrica dei metalli (0,5 cr.)
- Introduzione ai fononi. Fononi e elettroni nei semiconduttori (0,5 cr.)
- Effetti di superficie e di interfaccia (prevalentemente nei semiconduttori) (1 cr.)
I) giunzione metallo-semiconduttire;
II) eterostrutture a fenomeni di confinamento;
III) elettroni in film sottili metallici
- Sistemi a bassa dimensionalità (1,5 cr.):
I) Landauer formula;
II) confinamento quantico e eccitonis;
III) Resonant tunneling, Coulomb blockade, single-electron transistor
- Elementi di spintronica (0,5 cr.)

Squadra 1 e 2
Elementi di giunzioni p-n: diagramma di equilibrio, operatività in polarizzazione diretta e inversa, elettrostatica, breakdown, comportamento dinamico (0,5 cr.)
Giunzioni metallo-semiconduttore: Schottky barrier, regime ohmico (0,5 cr.)
Transistor bipolari: l'effetto transistor, parametri di un transistor, caratteristiche V-I. Modello di Ebers-Moll e circuiti equivalenti per piccolo segnali (1 cr.)
Field-effect transistors: operatività del JFET, gradual channel approximation, regime di velocità di saturazione. (1 cr.)
Giunzioni MOS: diagramma a bande, condizioni di inversione, threshold; MOS transistor: caratteristiche, dispositivi n-channel e p-channel . Dispositivi MOS di potenza. (1 cr.)
Organizzazione dell'insegnamento
Le esercitazioni in aula riguardano la risoluzione di semplici problemi, con applicazioni di quanto trattato nelle lezioni immediatamente precedenti. Può essere richiesto in taluni casi l'uso di calcolatrici scientifiche (personali, di ciascuno studente).
Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico
C. Kittel, Introduction to Solid State Physics (Wiley)
H. Ibach ' H. Luth: Solid-State Physics: An Introduction to Theory and Experiment (Springer)
N. W. Ashcroft ' N. D. Mermin, Solid state physics (Brooks Cole)
Materiale messo a disposizione dai Docenti
I testi, scelti tra quelli elencati, saranno comunicati a lezione dal docente titolare dell'insegnamento
Criteri, regole e procedure per l'esame
L'esame finale comprende uno scritto e un orale. Lo scritto comprende a) semplici problemi simbolici o numerici relativi agli argomenti principali della fisica dello stato solido (proprietà elettroniche, termiche, ottiche dei solidi), e ogni problema è articolato su 2-3 punti; b) quesiti a risposta multipla sui medesimi argomenti di fisica dello stato solido. Il voto massimo conseguibile nella parte di problemi è di 20 trentesimi, quello conseguibile nella parte di quesiti è di 10 trentesimi. Il tempo complessivamente assegnato per la prova è di 2 ore, e per superare lo scritto occorre ottenere un punteggio complessivo pari a 15 trentesimi. L'orale ha una durata di 15'-20', e riguarda tutti gli argomenti trattati nelle lezioni e nei laboratori.
Il voto finale è una media pesata della valutazione di scritto e orale. E' possibile acquisire punti aggiuntivi con relazioni di approfondimento su argomenti specifici, o preparando appunti delle lezioni riutilizzabili negli anni successivi.
Altre informazioni

Il corso viene tenuto da tre docenti. Due responsabili rispettivamente della parte relativa alla fisica dello stato solido (4 crediti), il terzo responsabile della parte relativi ai dispositivi elettronici allo stato solido (4 crediti). I tre docenti curano congiuntamente la tempistica e gli argomenti delle attività di laboratorio allo scopo di fornire agli studenti un percorso formativo consequenziale e coerente.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2015/16
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