PROGRAMMA
Fisica dei Semiconduttori – (9 crediti)
Prof. Francesco Priolo
A.A. 2013\14
Bande di Energia e Livelli Elettronici
Struttura e proprietà generali dei semiconduttori - Livelli elettronici nei solidi – Gas di Fermi Statistica di Fermi Dirac - Schema a bande – Metalli, isolanti e semiconduttori - Banda di valenza e
di conduzione – Densità degli stati e massa efficace - Elettroni e lacune – Proprietà elettroniche di
difetti e impurezze – Stati localizzati - Concentrazione di portatori di carica all'equilibrio - Accettori
e donatori - Livello di Fermi - Legge di azione di massa - Dipendenza dei portatori di carica dalla
temperatura – Livelli di impurezze – Probabilità di occupazione dei livelli di impurezze -
Proprietà di Trasporto
Conducibilità elettrica e mobilità - Dipendenze dalla temperatura - Effetto Hall – Magnetoresistenza
- Equazione di Boltzmann - Elettroni caldi - Scattering da impurezze - Scattering elastico Scattering da fononi e da dislocazioni - Trasporto elettrico e meccanismi di scattering – Conduzione
per hopping
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, Hall & Read - Ricombinazione Auger - Ricombinazione superficiale Relazione di Einstein - Tempo di vita – Determinazione sperimentale della concentrazione dei
portatori e della loro mobilità - Esperienza di Haynes Shockley
Proprieta` ottiche dei semiconduttori
Assorbimento da portatori liberi - Risonanza di plasma – Regola d’oro di Fermi - Transizioni dirette
ed indirette - Eccitoni - Emissione di luce
Eterostrutture e nanostrutture
Eteroepitassia ed eterostrutture a semiconduttore – Semiconduttori binari, ternari e quaternari Processi per la nanofabbricazione - impianto ionico - litografia ottica ed a fascio elettronico strategie bottom-up e top-down – Densità degli stati in 2, 1 e 0 dimensioni – nanostrutture a
semiconduttore
Giunzioni p-n, Rivelatori e Celle Solari
Giunzione pn - Polarizzazione diretta ed inversa - Caratteristiche capacità tensione - Caratteristiche
corrente tensione - Corrente di diffusione - Corrente di generazione e di ricombinazione - Rottura di
una giunzione - Diodi tunnel – Rivelatori - LED con semiconduttori III-V e II-VI – LED al Si:Er –
Celle solari
Laser a semiconduttore
Guadagno ottico nei semiconduttori - Diodo Laser – Laser ad eterostruttura - VCSEL – Laser a
cascata quantica – Laser a bassa dimensionalità
Transistore bipolare
Principi dell'azione transistore - Guadagno di corrente - Regioni di operazione - Caratteristiche
corrente tensione nelle configurazioni a base e ad emettitore comune - Effetto Early - Efficienza di
emettitore - Fattore di trasporto – frequenza di taglio - rottura - transistori a eterogiunzione
Dispositivi unipolari
Sistema metallo\ossido\semiconduttore - Capacità del MOS - Tensione di banda piatta Conduttanza di canale – Microscopia a scansione capacitiva (SCM) - Metal-oxide-semiconductor
field-effect transistor (MOSFET): principi di funzionamento e caratteristiche corrente tensione Tensione di soglia – junction field effect transistor (JFET) – Contatto metallo semiconduttore e
diodi Schottky
Memorie e Dispositivi quantistici
Memorie volatili e non volatili: DRAM, EPROM e EEPROM – Memorie a nanostruttura ed a
singolo elettrone -Charge Coupled Devices (CCD) – Metal-semiconductor field effect transistor
(MESFET) – High electron mobility transistor (HEMT) e Modulation doping field effect transistor
(MODFET) - Resonant tunneling devices (RTD) – modulatori elettro-ottici a buca quantica e self
electro-optic device (SEED)
