Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei"
Altri Docenti
Non previsti.
Attività di supporto alla didattica
Non previste.
Bollettino
Italiano
Il corso ha l’ obiettivo di fornire gli elementi essenziali della fisica dei materiali semiconduttori e di introdurre ai più importanti esempi di dispositivi che possono essere realizzati sfruttando le loro proprietà.
In una prima (breve) parte del corso si richiameranno gli elementi di fisica dello stato solido che sono alla base della comprensione delle proprietà dei semiconduttori. In una seconda parte si descriveranno più in dettaglio le proprietà dei semiconduttori massivi, puri e drogati. Si affronteranno quindi i fenomeni di trasporto di carica e il comportamento dei semiconduttori in presenza di luce. La parte finale del corso riguarderà la fisica che sottostà alla realizzazione di diversi dispositivi a semiconduttore e si introdurranno le principali architetture degli attuali dispositivi. Infine si faranno alcuni cenni ai processi tecnologici utilizzati per la realizzazione dei moderni dispositivi.
Parte I: La teoria a bande dei solidi e la definizione dei materiali semiconduttori. Richiami delle conseguenze del teorema di Bloch e dell’ approccio “tight binding”. I cristalli semiconduttori e la struttura a bande in 3D. I portatori di carica nei semiconduttori. Le impurezze e gli stati elettronici legati alle impurezze: il concetto di drogante. Il concetto di massa efficace. Statistica di Fermi e legge di azione di massa.
Parte II: Il superamento del modello di Drude e la mobilità nei semiconduttori. La diffusione della carica. La descrizione semiclassica del trasporto di carica e l’ equazione di Boltzmann. L’ effetto Hall. Assorbimento della luce nei semiconduttori e processi di ricombinazione elettrone-lacuna. La regola d’ oro di Fermi e le regole di selezione.
Parte III: La giunzione p-n in equilibrio e in presenza di un campo elettrico. La giunzione metallo-semiconduttore e l’ effetto Schottky. Il gas elettronico bidimensionale. Le eterogiunzioni e le buche quantiche. I superreticoli e le strutture ad alta mobilità. Il transistor ad effetto di campo e il MOSFET. Il laser a semiconduttore.
Parte IV: Cenni a processi tecnologici: il drogaggio per impiantazione ionica, metodi di crescita epitassiale di eterostrutture, deposizione di contatti e litografia, trattamenti termici convenzionali e rapidi. I limiti fisici, il ruolo delle nanostrutture e le prospettive future dei dispositivi nanometrici.
B. Sapoval e C. Hermann “Physics of Semiconductors” – Springer - Verlag