Programma di Fisica dei Semiconduttori

Anno Accademico 2009-2010

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 loro degenerazioni

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 (8 ore di Lezione e 6 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 (2 ore di Lezione e 2 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 (8 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 (2 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 (10 ore di Lezione e 4 ore di Esercitazioni)

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

 

¯  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).