Programma di Fisica dei Semiconduttori

Anno Accademico 2004-2005

Prof. Raffaello Girlanda

 

1¡ Anno. 1¡ Semestre

 

CFU 6  (36 ore di Lezione e 24 ore di Esercitazioni)

 

Unitˆ didattica N.1 (2 ore di Lezione)

Le strutture cristalline:

¯     Reticoli di Bravais e strutture cristalline.

¯     Esempi di strutture cristalline: struttura cubica a corpo centrato, struttura cubica a facce centrate, struttura della zincoblenda, struttura del diamante, struttura esagonale compatta, struttura della grafite.

¯     Il reticolo reciproco: definizioni, reticolo reciproco e piani cristallini, zone di Brillouin.

 

Unitˆ didattica N.2 (2 ore di Lezione e 6 ore di Esercitazioni)

Stati elettronici:

¯     Zona di Brillouin e bande di energia

o      Zona ridotta

¯     Proprietˆ delle bande e e loro degenerazoni

o      Considerazioni generali

o      Punti critici e linee di simmetria

 

Unitˆ didattica N.3 (2 ore di Lezione e 2 ore di Esercitazioni)

Struttura a bande e simmetrie cristalline:

¯     Semiconduttori del gruppo IV, e composti III-V, II-VI e I-VII

¯     Effetti relativistici

¯     Composti bidimensionali (grafite)

¯     Composti unidimensionali (poliacetilene)

 

Unitˆ didattica N.4 (6 ore di Lezione e 8 ore di Esercitazioni)

Proprietˆ di trasporto di elettroni e fononi:

¯     Equazione di Boltzmann per la funzione di distribuzione

¯     Conducibilitˆ elettrica

o      Teoria elementare

o      Calcolo della conducibilitˆ termica

o      Considerazioni sui meccanismi fisici che definiscono la conducibilitˆ

¯     Conducibilitˆ termica degli elettroni

¯     Effetti termo-elettrici

¯     Conducibilitˆ termica vibrazionale

o      Coefficiente di conducibilitˆ e teoria fenomenologica

o      Meccanismi di diffusione dei fononi e calcolo di K

o      Processi normali di interazione fonone-fonone

o      Processi ÒUmklappÓ (U) di interazione fonone-fonone

¯     Diffusione di particelle materiali

 

Unitˆ didattica N.5 (6 ore di Lezione e 4 ore di Esercitazioni)

I semiconduttori:

¯     Considerazioni generali

¯     Statistica dei portatori

¯     Effetto delle impurezze

o      Stati di impurezze

o      Stati legati e risonanti

o      Numero dei portatori

¯     Misure della carica e del numero dei portatori (Effetto Hall)

¯     Effetto Hall quantistico

¯     Misura delle masse effettive di buche ed elettroni (Risonanza di ciclotrone)

¯     Nuovi materiali. Superreticoli e nanostrutture

o      Nuovi materiali

o      Superreticoli

o      Microcavitˆ

o      Nanostrutture a dimensionalitˆ ridotta

 

Unitˆ didattica N.6 (2 ore di Lezione e 2 ore di Esercitazioni)

Proprietˆ ottiche:

¯     Teoria macroscopica

¯     Relazioni di dispersione di Kramers-Kršnig

o      Applicazioni elementari delle relazioni di Kramers-Kršnig

¯     Modello di Drude-Lorentz

¯     Teoria quantistica delle funzioni elettromagnetiche

¯     Transizioni dirette tra bande

¯     Transizioni indirette

o      Transizioni indirette in semiconduttori ed isolanti

o      Transizioni indirette nei metalli

 

Unitˆ didattica N.7 (8 ore di Lezione e 2 ore di Esercitazioni)

Pozzi quantici e sistemi a bassa dimensionalitˆ

¯     Pozzo quantico di profonditˆ infinita

¯     Pozzo  quantico di profonditˆ finita

¯     Pozzo parabolico

¯     Pozzo triangolare

¯     Sistemi a bassa dimensionalitˆ

¯     Occupazione delle sottobande

¯     Pozzi quantici a due e tre dimensioni

o      Pozzo cilindrico

o      Pozzo parabolico bidimensionale

o      Pozzo coulombiano bidimensionale

o      Pozzo sferico

o      Pozzo coulombiano tridimensionale

¯     Confinamento oltre le due dimensioni

¯     Pozzi quantici in eterostrutture

 

Unitˆ didattica N.8 (8 ore di Lezione)

Trasporto per tunnelling

¯     Barriera di potenziale

¯     Matrici T

o      Barriera di potenziale rettangolare

o      Barriera di potenziale di tipo d

¯     Approfondimenti sulle matrici T

¯     Corrente e conducibilitˆ

o      Corrente in una dimensione

o      Corrente in due e tre dimensioni

¯     Tunnelling risonante

o      Coefficiente di trasmissione in una dimensione

o      Onde parziali

o      Corrente in diodo tunnel-risonante

¯     Superreticoli e minibande

¯     Trasporto coerente con molti canali

o      Due guide con molti canali: la conducibilitˆ quantizzata

o      Sistemi a molte guide

¯     Tunnelling in eterostrutture

o      Trasferimento tra valli

o       

¯     Problematiche

o      Dissipazione di potenza

o      Distribuzione degli elettroni

o      Diffusione anelastica

o      Imperfezioni

 

 

Testi consigliati:

 

Franco Bassani, Umberto M. Grassano, ÒFisica dello Stato SolidoÓ, Bollati Boringhieri 2000

ISBN 88-335-5620-2

Unitˆ didattiche 1-6

 

John H. Davies, ÒThe physics of low-dimensional semiconductors. An introductionÓ, Cambridge University Press 1998

ISBN  0 521 48491 X paperback

Unitˆ didattiche 7-8

 

J. P. McKelvey, Solid State and Semiconductor Physics, Krieger Pub. Co., Malabar Florida, 1966

ISBN 0-89874-396-6

 

H. Jbach e H. LŸth, Solid State Physics, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 1995

ISBN 0-387-58573-7

 

Prove di verifica:

á       in itinere (orale o quiz a risposta multipla)

á      finale (orale).