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Oggetto:
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Fisica dei semiconduttori con laboratorio

Oggetto:

Semiconductor Physics with laboratory

Oggetto:

Anno accademico 2022/2023

Codice attività didattica
FIS0121
Docente
Prof. Paolo Olivero (Titolare del corso)
Corso di studio
008510-105 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica del Sistema Meteoclimatico, Generale e delle Tecnologie Avanzate
Anno
1° anno, 2° anno
Periodo
Secondo semestre
Tipologia
D=A scelta dello studente
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
FIS/03 - fisica della materia
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Inglese
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Orale
Tipologia unità didattica
corso
Prerequisiti
Contenuti del corso "Fisica dello Stato Solido"
Contents of the "Solid State Physics" course.
Propedeutico a
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

  • Fornire i concetti di base nella fisica dei semiconduttori (statistica dei portatori, meccanismi di conduzione, teoria di Shockley-Read-Hall).
  • Fornire le conoscenze di base della fisica dei più importanti dispositivi elettronici (giunzioni p-n e Schottky, transistors a giunzione bipolare e a effetto di campo, dispositivi CCD).
  • Introdurre le procedure di caratterizzazione sperimentale of giunzioni bipolari e celle celle fotovoltaiche.
  • Introdurre concetti di base per i sistemi a bassa dimensionalità

  • To provide the basic knowledge on the physics of semiconductor devices (carrier statistics, conduction mechanisms, Shockley-Read-Hall theory).
  • To provide the basic knowledge of the physics of the most important electronic devices (p-n and Schottky junctions, bipolar junction and field effect transistors, CCD devices).
  • To introduce the experimental procedures for the characterization of bipolar junctions and photovoltaic devices.
  • To introduce basic concepts for low-dimensionality systems
Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione

  • Comprensione dei concetti alla base delle proprietà elettriche dei materiali semiconduttori e dei dispositivi basati su di essi (giunzioni bipolari e Schottky, celle fotovoltaiche, transistors, sistemi a bassa dimensionalità).
  • Comprensione delle modalità di funzionamento di strumentazione di laboratorio e delle relative tecniche sperimentali per la caratterizzazione di giunzioni bipolari e dispositivi fotovoltaici.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

  • Capacità di comprendere e padroneggiare i modelli fisici fondamentali per l'interpretazione dei fenomeni di trasporto elettrico nei semiconduttori e di funzionamento dei principali dispositivi basati su di essi (giunzioni bipolari e Schottky, celle fotovoltaiche, transistors)
  • Capacità di effettuare misure di laboratorio seguendo un adeguato protocollo sperimentale per la caratterizzazione di giunzioni bipolari e dispositivi fotovoltaici

Knowledge and understanding

  • Understanding the basic concepts on the electrical properties of semiconducting materials and of related devices (bipolar and Schottky junctions, photovoltaic cells, transistors, low-dimensionality systems).
  • Understanding of the functionalities of laboratory equipment and of relevant experimental techniques for the characterization of bipolar junctions and photovoltaic devices.

Applying knowledge and understanding

  • Ability to understand and manage fundamental physical models to interpret charge transport mechanisms in semiconductors, as well as the functionalities of main related devices (bipolar and Schottky junctions, photovoltaic cells, transistors).
  • Ability to take experimental measurements, adopting a suitable experimental protocol for the characterization of bipolar junctions and photovoltaic devices
Oggetto:

Programma

Lezioni frontali:

  • Modello "tight binding"
  • Statistica dei portatori in semiconduttori intrinseci ed estrinseci
  • Teoria di Shockley-Read-Hall
  • Meccanismi di trasporto nei semiconduttori
  • Giunione p-n: derivazione della legge del diodo, diodo non ideale
  • Fisica e aspetti tecnologici dei dispositivi fotovoltaici
  • Giunione metallo-semiconduttore: diodo Schottky
  • Transistors: giunzione bipolare, JFET, MOSFET
  • Dispositivi "Charge coupled device" (CCD)
  • Sistemi a bassa dimensionalità (quantum well, quantum wire, quantum dot)

Attività in laboratorio:

  • caratterizzazione di una cella fotovoltaica;
  • caratterizzazione di transistors BJT, J-FET e MOSFET;
  • caratterizzazione di una giunzione p-n in funzione della temperatura.

Frontal lectures:

  • Tight binding model
  • Carrier statistics in intrinsic and extrinsic semiconductors
  • Shockley-Read-Hall theory
  • Charge transport mechanisms in semiconctors
  • p-n junction: derivation of the diode law, non-ideal diode
  • Physics and technological aspects of photovoltaic devices
  • Metal-semiconductor junction: Schottky diode
  • Transistors: bipolar junction, JFET, MOSFET
  • Charge coupled devices
  • Low dimensionality system (quantum wells, quantum wire, quantum dots)

Laboratory activities:

  • characterization of a photovoltaic cell;
  • characterization of BJT, J-FET and MOSFET transistors;
  • charcaterization of a p-n junction at variable temperature.
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Modalità di insegnamento

L'insegnamento è organizzato in 5 CFU (40 ore) di didattica frontale e 1 CFU (10 ore) di didattica di laboratorio.

La frequenza alle lezioni frontali è facoltativa, mentre è obbligatoria (frequenza minima 70%) per le sessioni di laboratorio.

Tutte le lezioni frontali si terranno in lingua inglese.

Per quanto riguarda le misure di gestione del quadro pandemico, le modalità di erogazione (in presenza, telematiche e/o miste) sono organizzate consistentemente con le disposizioni dell'Ateneo riportate a questo link.

The course is organized in 5 credits (40 hours) of frontal lectures and 1 credit (10 hours) of laboratory activities.

The attendance to the frontal lectures is optional, while it is compulsory (minimum 70% attendance) for the laboratory sessions.

All frontal lectures will be given in English language.

With regards to the management of the pandemic situation, the course will be given (in presence, online and/or in mixed mode) by fully complying to the policies of the University of Torino described at this link.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame consisterà in un colloquio orale (in lingua italiana o inglese, a scelta dell'esaminando) della durata di circa 30 minuti in cui si valuteranno:

  • la comprensione dei contenuti delle lezioni frontali, sia per quanto riguarda la derivazione delle formulazioni che la risoluzione di semplici esercizi numerici;
  • i contenuti delle relazioni delle attività integrative di laboratorio, che gli studenti sono chiamati a produrre a gruppi e consegnare almeno una settimana prima dell'esame.

Per quanto riguarda le misure di gestione del quadro pandemico, le modalità di verifica dell'apprendimento (in presenza, telematiche e/o miste) sono organizzate consistentemente con le disposizioni dell'Ateneo riportate a questo link.

The exam will consist in an oral colloquium (in English or Italian, at the student's choice) of about 30 minutes in which the following aspects will be evaluated:

  • understanding of the contents of the frontal lectures, both with regards to the derivation of the formalism presented in the lectures and to the solution of simple numerical problems;
  • contents of the reports of the supporting laboratory activities, which the students must produce in groups and deliver at least one week before the exam.

With regards to the management of the pandemic situation, the exams (in presence, online and/or in mixed mode) will be organized by fully complying to the policies of the University of Torino described at this link.

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Libro
Titolo:  
Semiconductor Devices, Physics and Technology
Anno pubblicazione:  
2002
Editore:  
John Wiley and Sons
Autore:  
S.M.Sze
ISBN  
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
Fisica e tecnologia dei dispositivi a semiconduttore
Anno pubblicazione:  
1985
Editore:  
Ingegneria elettrica Franco Angeli
Autore:  
A. S. Grove
ISBN  
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
Physics of semiconductor devices
Anno pubblicazione:  
1990
Editore:  
Prentice Hall
Autore:  
M. Shur
ISBN  
Obbligatorio:  
No
Oggetto:

[1] S.M.Sze, "Semiconductor Devices, Physics and Technology, 2nd edition", John Wiley and Sons, USA, 2002

[2] A.S.Grove, "Fisica e tecnologia dei dispositivi a semiconduttore", 4a edizione, Ingegneria elettrica Franco Angeli, Milano 1985

[3] M.Shur, "Physics of semiconductor devices", Prentice Hall series in Solid State electronics,New Jersey, 1990.

[4] J. I. Pankove, "Optical Processes in Semiconductors", Dover

 EMERGENZA SANITARIA: Nel perdurare della emergenza sanitaria, le necessarie misure verranno intraprese per rendere facilmente accessibile in remoto il materiale didattico integrativo.

[1] S.M.Sze, "Semiconductor Devices, Physics and Technology, 2nd edition", John Wiley and Sons, USA, 2002

[2] A.S.Grove, "Physics and Technology of Semiconductor Devices" (Wiley International Edition)

[3] M.Shur, "Physics of semiconductor devices", Prentice Hall series in Solid State electronics,New Jersey, 1990.

[4] J. I. Pankove, "Optical Processes in Semiconductors", Dover

 SANITARY EMERGENCY: In concurrence with the sanitary emergency, all necessary measures will be adopted to facilitate the remote access to the support teaching material.



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    Ultimo aggiornamento: 22/06/2022 14:42
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