Programma del Modulo di Fisica dello Stato Solido –AA 2011-12 Corso di laurea Triennale in Scienza dei Materiali Richiami di cristallografia Stati di Aggregazione della Materia, Materiali amorfi e cristallini, operazioni di simmetria nei cristalli, vettori primitivi, cella unitaria, Cella Primitiva di Wigner-Seitzs, Reticoli Bidimensionali, Reticoli Tridimensionali, Indici di Miller. Difetti nei Solidi Difetti Puntiformi. Difetto di SCHOTTKY. Difetti ed Entropia. Difetti Frenkel. Diffusione: Legge di Fick. Centri di Colore. Difetti di superficie. Dislocazioni. Geminazione. Bordi di grano. Il Legame nei Cristalli Energia di Coesione. Maccanismi di legame. Visione quanto-meccanica. Cristalli di Gas Inerti. Legame di van der Waals. Cristalli Ionici. Legame Covalente. Legame metallico. Legame Idrogeno. Vibrazioni reticolari Vibrazioni del Reticolo Lineare. Ramo Ottico, Ramo Acustico. Quantizzazione dei campi: fotone, fonone, polarone, plasmone. Quantizzazione delle onde elastiche: fononi. Velocità di gruppo e velocità di fase. Calore specifico nei solidi. Regola di Dulong e Petit. Modello di Einstein e di Debye per il calore specifico. Conducibilità termica. Scattering dei Fononi. Metalli Modello ad elettroni liberi. Modello di Drude. Legge di Wiedemann-Franz. Modello di Sommerfield. Energia di Fermi e superficie di Fermi. Capacità termica elettronica. Conduzione elettrica. Effetto Hall. Effetto Hall : Applicazioni. Limiti del modello. Bande di Energia nei Solidi Moto in un potenziale periodico. Bande di Energia. Teorema di Bloch. Zone di Brillouin. Massa Efficace. Densità degli Stati. Bande di Energia nei Conduttori. Bande di Energia negli Isolanti e nei semiconduttori. Evidenza Sperimentale delle Bande di Energia. Spettri di Assorbimento Ottico. Luminescenza. Semiconduttori Semiconduttori semplici e composti. Silicio. Arseniuro di Gallio. Legame nei Semiconduttori. Elettroni e buche. Bande di Energia: dipendenza dalla Temperatura. Struttura a Bande di Si e GaAs. Assorbimento ottico. Massa efficace nei semiconduttori. Relazioni di equilibrio. Legge di Azione di Massa. Semiconduttori intrinseci. Semiconduttori estrinseci. Drogaggio dei semiconduttori. Livelli energetici all’interno della Eg. Concentrazione degli elettroni nel Si. Mobilità. Resistività. Effetto Hall. Diffusione dei portatori. Relazioni di Einstein. Equazioni della densità di corrente. Iniezione di portatori. Processi di generazione e ricombinazione. Ricombinazione diretta. Ricombinazione indiretta. Ricombinazione Superficiale. Equazione di continuità. Proprietà Ottiche Transizioni Interbanda. Assorbimento Ottico. Rate di transizione. Semiconduttori a gap diretta e a gap indiretta. Regole di selezione. Arseniuro di gallio. Misure di spettri di assorbimento. Emissione di luce nei solidi. Vita media di un portatore libero. Trappole. Centri di trappola e di ricombinazione. Luminescenza. Termoluminescenza. Luminescenza stimolata otticamente. Giunzione p-n e Dispositivi a Semiconduttore Giunzione p-n. Condizioni per l’equilibrio termodinamico. Distribuzione della carica spaziale e del potenziale elettrostatico. Regione di svuotamento: giunzione a gradino. Giunzione p-n brusca asimmetrica. Capacità di svuotamento. Polarizzazione diretta e inversa. Caratteristica I-V di un diodo ideale. Equazione del diodo. Caratteristica I-V reale. Tensione di soglia. Polarizzazione diretta e inversa. Rottura della giunzione: effetto tunnel e moltiplicazione a valanga. Diodo Schottky. Giunzione metallo semiconduttore. Diagramma delle bande di energia. Capacità di svuotamento. Caratteristica I-V del diodo Schottky. Celle solari. Air Mass. Effetto Fotovoltaico. Celle solari a giunzione p-n: caratteristica I-V. La tensione di circuito aperto Voc. La potenza massima erogabile. Il Fattore di riempimento, FF. L’efficienza di conversione, η. Resistenza serie e resistenza di shunt. Testi consigliati. S.M. Sze. Fisica dei dispositivi a semiconduttore. Tamburini Editore. H.M. Rosenberg. The solid state. Oxford Science Publications.