SEMICONDUCTOR PHYSICS AND DEVICES

Modulo SEMICONDUCTOR DEVICES

L'obiettivo del presente insegnamento è fornire agli studenti le conoscenze di base e lo stato dell’arte di alcuni temi di Fisica dei semiconduttori e della Tecnologia ad essi correlata. L’approccio seguito è di tipo teorico-osservativo.  Durante il corso lo studente comprenderà i principali concetti alla base della Fisica dei Semiconduttori e i meccanismi fisici fondamentali che governano alcuni dispositivi elementari basati su semiconduttori.

In riferimento ai temi trattati di Fisica e Tecnologia dei Semiconduttori, il corso promuoverà le seguenti competenze: 

- Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding). Comprensione critica degli sviluppi più avanzati della Fisica Moderna sia negli aspetti teorici che di laboratorio e delle loro interconnessioni, anche in ambiti interdisciplinari. Adeguata conoscenza degli strumenti matematici e informatici avanzati di uso corrente nei settori della ricerca di base e applicata. Notevole padronanza del metodo scientifico, e comprensione della natura e del procedimento della ricerca in Fisica.

- Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding). Capacità di identificare gli elementi essenziali di un fenomeno, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste. Capacità di utilizzare lo strumento della analogia per applicare soluzioni conosciute in altri ambiti a nuovi problemi (problem solving). Capacità di progettare e di mettere in atto procedure sperimentali e teoriche per risolvere problemi della ricerca accademica e industriale o per il miglioramento dei risultati esistenti.

- Autonomia di giudizio (making judgements). Capacità di lavorare con crescenti gradi di autonomia, anche assumendo responsabilità nella programmazione e nella gestione di progetti. Capacità di argomentare personali interpretazioni di fenomeni fisici, confrontandosi nell’ambito di gruppi di lavoro. Sviluppo del senso di responsabilità attraverso la scelta dei corsi opzionali e dell'argomento della tesi di laurea.

- Abilità comunicative (communication skills). Capacità di comunicare in lingua italiana e in lingua inglese nei settori avanzati della Fisica. Capacità di presentare una propria attività di ricerca o di rassegna a un pubblico di specialisti o di profani. 

- Capacità di apprendimento (learning skills). Capacità di acquisire adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze. Capacità di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo prescelto che in campi scientificamente vicini. Capacità di utilizzare banche dati e risorse bibliografiche e scientifiche per estrarne informazioni e spunti atti a meglio inquadrare e sviluppare il proprio lavoro di studio e di ricerca.

Il corso si svolge prevalentemente tramite lezioni frontali su lavagna interattiva multimediale. Il materiale prodotto sulla LIM viene messo a disposizione degli studenti attraverso la piattaforma MSTeams.

In alcune occasioni si prevede di svolgere seminari specifici e visite ai laboratori di ricerca presenti al DFA per approfondire specifici argomenti del corso.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto
dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

IMPORTANTI: conoscenze di base di Struttura della Materia 

IMPORTANTI: conoscenze di base di Meccanica Quantistica

IMPORTANTI: conoscenze di base di Fisica dei Semiconduttori

UTILI: conoscenze di base di Meccanica Statistica

Diodo Schottky

Sistema metallo\ossido\semiconduttore - Capacità del MOS - Tensione di banda piatta -

Giunzione pn all'equilibrio: piegamento delle bande, regione di svuotamento, campo e potenziale interno

Giunzione pn fuori dall'equilibrio: polarizzazione diretta e inversa, iniezione ed estrazione di minoritari, legge di Shockley caratteristica corrente-tensione

Giunzione pn: quasi livello di Fermi, curva capacità-tensione, rottura della giunzione (instabilità termica, effetto Zener, portatori caldi), transiente polarizzazione giunzione

Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET): principi di funzionamento e caratteristiche corrente tensione. Tensione di soglia – junction field effect transistor (JFET)

Charge Coupled Devices (CCD)

High electron mobility transistor (HEMT)

B. Sapoval, C. Hermann - Physics of Semiconductors - Springer-Verlag

S.M. Sze - Physics of Semiconductor Devices (3rd edition) - Wiley

L. Colombo - Fisica dei semiconduttori - Zanichelli

K. B. Oldham, J. C. Myland - Fundamentals of Electrochemical Science - Academic Press

Lo scopo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati. Essa consiste in una prova orale, con domande relative a punti qualificanti delle varie parti del programma si tende ad accertare il livello di conoscenza complessiva acquisita dal candidato, la sua capacità di affrontare criticamente gli argomenti studiati e di mettere in correlazione le varie parti del programma. Gli studenti potranno iniziare l’esame con l’esposizione di un argomento a loro scelta, esposto a voce, mediante tesina o presentazione ppt, al fine di valutare anche le capacità di esposizione e comunicazione.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Criteri per l’attribuzione del voto finale:

Alla formulazione del voto finale concorreranno in egual misura la padronanza mostrata nelle argomentazioni qualitative e quantitative, la visione critica degli argomenti affrontati durante il corso e la capacità di mettere in correlazione le varie parti del programma.

DATE D'ESAME

Consultare il Calendario di Esami del Corso di Laurea Magistrale in Fisica: http://www.dfa.unict.it/corsi/LM-17/esami

PROVE IN ITINERE

Non previste

Le domande di seguito riportate non costituiscono un elenco esaustivo ma rappresentano solo alcuni esempi:

Statistica dei portatori in semiconduttori drogati

Assobimento di luce da portatori liberi

Massa efficace

Giunzione pn

Sensori di gas a semiconduttori - Interfaccia gas/semiconduttore

Sensori elettrochimici - Interfaccia liquido/semiconduttore