LABORATORIO DI FISICA III
a.a. 2015-2016
Insegnamento: Laboratorio di Fisica III – Semiconduttori e Dispositivi (modulo 1) – Sistemi di
rivelazione (modulo 2)
Docenti: Luigi Moretti, Carlo Sabbarese
Settore Scientifico - Disciplinare: ING-INF/01, FIS/03,
CFU
ORE
FIS/07
11=7L+4La
80=56+60
Obiettivi formativi: Il corso si propone di fornire i principi fondamentali della fisica dei
semiconduttori e microstrutture, i concetti basilari su dispositivi a giunzione ed etero giunzione, le
nozioni fondamentali dell'elettronica dei dispositivi a semiconduttore e di far acquisire una buona
conoscenza della teoria e della pratica di argomenti di fisica moderna, quali la misura di
radiazione e.m., di radiazione ionizzante, rapporti ed abbondanze isotopiche.
Propedeuticità: Fisca Generale II, Laboratorio di Fisica II
Modalità di svolgimento: lezioni in aula ed attività in laboratorio.
Modalità di accertamento del profitto: superamento di una prova di laboratorio e di una prova
orale
Legenda: L= Lezioni, E= Esercitazioni, La= Attività di Laboratorio.
PROGRAMMA
Modulo di Semiconduttori e dispositivi:
1. Teorema di Bloch. Stati elettronici in un solido cristallino. Struttura a bande. Concetto di lacuna.
Impurezze sostituzionali e drogaggio.
2. Sistemi in equilibrio e statistica di Fermi-Dirac. Modello di Drude: trasporto, diffusione.
3. Proprietà ottiche dei semiconduttori. Giunzioni p-n e proprietà di trasporto. Giunzioni MetalloSemiconduttore. Transistori Bipolari. MOSFET.
Modulo di Sistemi di rivelazione:
1. Richiami di teoria degli errori. Metodo dei minimi quadrati. Test di ipotesi.
2. Introduzione all’elettronica, Spettro in frequenza di segnali elettrici. Amplificatori unidirezionali.
Amplificatori di corrente. Amplificatori di tensione e di corrente ideali. Circuiti RC.
3. Diodi, Caratteristica voltamperometrica, regione di polarizzazione diretta ed inversa. regione di
breakdown.
4. Transistor bipolare: Modelli a piccoli segnali; Il BJT come amplificatore; Caratteristiche degli
amplificatori a BJT. Introduzione agli amplificatori differenziali e operazionali. Caratteristiche
degli amplificatori
operazionali ideali. Amplificatore invertente: calcolo del guadagno e delle resistenze di ingresso
e di uscita. Amplificatore non-invertente; circuiti integratore e derivatore; circuito sommatore;
caratteristiche reali dell’amplificatore operazionale.
5. Risposta in frequenza di circuiti: analisi nel dominio di Laplace; la funzione di trasferimento di un
amplificatore; modello ibrido a pi-greco del BJT; cenni sulla risposta in frequenza di amplificatori
monostadio a BJT e di amplificatori operazionali.
6. Interazioni delle radiazioni ionizzanti con la materia. Rivelatori a semiconduttore, a
scintillazione, a ionizzazione di gas ed a tracce nucleari. Sistemi di rivelazione. Assorbanza e
trasmittanza. Legge di Lambert – Beer. Spettrofotometro. Fotodiodi. La cella fotovoltaica.
7. Passaggio dalla fisica classica alla fisica moderna: corpo nero, effetto fotoelettrico, effetto
Compton, modello di Bohr. Esperienze di laboratorio sulla legge di Stefan-Boltzmann.
Radiazioni e.m.: spettro, sorgenti, equazioni di Maxwell ed e.m., pressione di radiazione ed
energia trasportata, misura dei campi elettrici e magnetici, sistemi a celle usati nella telefonia.
8. Il radon: origine, gli effetti sulla salute, uso in geofisica e sua misura con vari metodi.
Esercitazioni di Laboratorio
1.
Circuiti con diodi: Caratteristica voltamperometrica del diodo; raddrizzatori a semionda e
doppia onda;
2. Circuito limitatore di tensione; attenuatore di segnale.
3. Circuiti con BJT: amplificatori monostadio, BJT in saturazione ed interdizione per
applicazioni di elettronica digitale.
4. Circuiti con Amplificatore Operazionale (OPAMP): OPAMP in configurazione invertente e
non-invertente,
5. integratore di Miller, derivatore, sommatore, amplificatore differenziale.
6. Utilizzo di sistemi di spettrometria gamma: taratura e misure.
7. Utilizzo di un sistema di spettrometria alfa: taratura e misure.
8. Misura dell’assorbanza di materiali e di soluzioni.
9. Rivelatori di radiazione. Metodi di identificazione di radionuclidi in campioni ambientali.
10. Misura delle grandezze caratteristiche di una cella fotovoltaica.
11. Misura del radon in aria con i canestri di carboni attivi.
12. Misura di isotopi con l’uso di uno spettrometria di massa.
