Obiettivi formativi
Presentare e discutere un insieme di fenomeni di trasporto nella materia condensata. La scelta è orientata al trasporto elettronico nei semiconduttori per la grande varietà della relativa fenomenologia, anche per quanto concerne le strutture a bassa dimensionalità.
Prerequisiti
Si richiede la conoscenza dei concetti di base della fisica dello stato solido, perciò è consigliato anteporre la frequenza di corsi come "Introduzione alla Fisica dello Stato Solido", Fisica Statistica.
Contenuti dell'insegnamento
TRASPORTO ELETTRONICO NEI SEMICONDUTTORI<br />
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<u>Proprietà generali dei semiconduttori</u><br />
Struttura a bande: gap diretto e gap indiretto. Masse efficaci di elettroni e lacune. Livelli di impurezza. Impurezze shallow nell’approssimazione di massa efficace. Livelli elettronici profondi. Statistica di elettroni e lacune in equilibrio termico. Dipendenza dell’energia di Fermi dalla temperatura e dal drogaggio. Regime intrinseco, di esaustione e di congelamento. Meccanismi di compensazione; un esempio: il GaAs semi-isolante.<br />
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<u>Introduzione ai fenomeni di trasporto</u><br />
Oscillatore di Bloch e ruolo fondamentale delle collisioni. L’equazione di Boltzmann. L’integrale di collisione nell’approssimazione del tempo di rilassamento. Conducibilità elettrica in regime ohmico: valli sferiche ed ellissoidali. Processi di scattering. Scattering da impurezze ionizzate e scattering fononico. Trattazione cinetica dei fenomeni di trasporto.<br />
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<u>Magneto-trasporto</u><br />
Elettrone in campo magnetico. Quantizzazione di Landau e degenerazione dei livelli. Risonanza ciclotronica di elettroni e lacune. Magneto-trasporto classico. Effetto Hall e magneto-resistenza fisica. Magneto-resistenza geometrica. Magneto-trasporto quantistico. Quantizzazione delle orbite e del flusso. Effetto Shubnikov-de-Haas. Estremo limite quantico. Gas bidimensionale di portatori ed effetto Hall quantistico. Regime balistico e quantizzazione della conduttanza di un sistema uni-dimensionale.<br />
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<u>Trasporto di elettroni e lacune fuori equilibrio</u><br />
Rilassamento del dielettrico e carica spaziale. Fenomeni di generazione e ricombinazione di portatori di carica. Tempo di vita dei portatori in eccesso. Evoluzione spazio-temporale di portatori fuori equilibrio. Equazione di continuità per le correnti. Equazione ambipolare. Soluzioni stazionarie dell’equazione ambipolare: iniezione ed estrazione di portatori minoritari. Soluzioni non stazionarie: esperienza di Haynes-Shockley. Applicazione al problema del trasporto di carica nella giunzione p/n.
Programma esteso
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Bibliografia
Appunti messi a disposizione dal docente
Metodi didattici
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Modalità verifica apprendimento
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Altre informazioni
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