SEMICONDUTTORI E SUPERCONDUTTORI

Anno accademico 2015/2016 - 1° anno - Curriculum FISICA DELLA MATERIA
Docenti: Francesco PRIOLO e Elisabetta PALADINO
Crediti: 6
SSD: FIS/03 - FISICA DELLA MATERIA
Organizzazione didattica: 150 ore d'impegno totale, 102 di studio individuale, 48 di lezione frontale
Semestre:

Obiettivi formativi

Scopo del corso è di fornire una conoscenza sulle proprietà fondamentali dei materiali semiconduttori e superconduttori


Contenuti del corso

Semiconduttori (prima parte - 3 crediti)

Bande di Energia e Livelli Elettronici

Struttura e proprietà generali dei semiconduttori - Gas di Fermi - Schema a bande – Metalli, isolanti e semiconduttori - Densità degli stati e massa efficace - Elettroni e lacune – Proprietà elettroniche di difetti e impurezze - Concentrazione di portatori di carica all'equilibrio - Accettori e donatori - Legge di azione di massa - Dipendenza dei portatori di carica dalla temperatura - Conducibilità elettrica, scattering, mobilità e dipendenze dalla temperatura

Generazione, Ricombinazione e Diffusione

Semiconduttori in condizioni di non equilibrio - Iniezione ed estrazione di portatori minoritari – Corrente di diffusione - Processi di generazione e ricombinazione - Ricombinazione banda a banda - Ricombinazione Shockley, Read & Hall - Ricombinazione Auger- Tempo di vita –Determinazione sperimentale della concentrazione dei portatori e della loro mobilità- Esperienza di Haynes Shockley - Relazione di Einstein

Proprietà Ottiche

Assorbimento da portatori liberi - Transizioni ottiche dirette ed indirette - Eccitoni - Emissione di luce – Semiconduttori binari, ternari e quaternari - Proprietà ottiche di eterostrutture e nanostrutture

Dispositivi MOS

Sistema metallo\ossido\semiconduttore - Capacità del MOS - Tensione di banda piatta - Conduttanza di canale –Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET): principi di funzionamento e caratteristiche corrente tensione - Memorie volatili e non volatili

 

Superconduttori (seconda parte - 3 crediti)

Effetti caratteristici dei superconduttori e teorie fenomenologiche

Resistenza nulla, effetto Meissner, quantizzazione del flusso - Modello di Gorter Casmir - Teoria elementare dei London della elettrodinamica dei superconduttori - Teoria di Ginzburg Landau.

Teoria microscopica di Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)

Coppie di Cooper, origine della interazione attrattiva ed “s-wave pairing” - Stato fondamentale BCS - Struttra a bande e gap superconduttiva, densità degli stati - Effetti a temperatura finita: temperatura critica - Lunghezza di penetrazione - Tunnel elettronico e di coppie di Cooper – Effetto Josephson - Effetto Josephson in presenza di un flusso magnetico: Superconducting Quantum Interference Devices (SQUID).

Argomenti a carattere monografico

Effetto Josephson in giunzioni mesoscopiche - Atomi artificali superconduttivi – Cenni di superconduttività ad alta temperatura - Fenomenologia e modello classico di Lawrence Doniach per i superconduttori stratificati - “d-wave pairing”.


Testi di riferimento

1) Sapoval & Hermann, Physics of Semiconductors, Springer-Verlag