Fisica dello Stato Solido

 

Informazioni da fornire per ogni singolo insegnamento

Denominazione dell’insegnamento: FISICA dello STATO SOLIDO                            

Corso di Laurea o di Laurea Magistrale : INGEGNERIA ELETTRONICA                   

SSD:  FIS03 (02/B1)                                                                    Numero C.F.U.:      6           

Titolari:  Tafuri Francesco                             

 

 

Obiettivi del corso

 

L’obiettivo fondamentale del corso è presentare la nuova “logica” legata alla meccanica quantistica, per poi introdurre alcuni aspetti legati al trasporto nei solidi a studenti di ingegneria del I° anno della Laurea Magistrale che non hanno necessariamente conoscenze di base preliminari. La teoria a bande e la distinzione fra metalli, isolanti e semiconduttori, elementi su semiconduttori condensano alcuni dei temi principali. Il corso prevede brevi dimostrazioni sperimentali nel laboratorio di basse temperature / superconduttività, con esempi di misura di dispositivi ibridi superconduttori nano strutturati.

 

 

 

Programma del corso

Equazioni differenziali alle derivate parziali in Fisica
•La corda tesa: equazione delle onde. Risoluzione col metodo della separazione delle variabili e serie di Fourier. Modi normali. Autovalori.
•Elettrostatica: equazioni di Poisson e Laplace. Esempi di risoluzione col metodo della separazione delle variabili.
•Equazione di diffusione e di conduzione del calore. Risoluzione in termini di trasformate di Fourier. (B)
Meccanica quantistica
•Origini della meccanica quantistica, quanti di radiazione, effetto fotoelettrico, cenni su effetto Compton, onde associate agli elettroni e meccanica ondulatoria, relazione di De Broglie, cenni su riflessione di Bragg (ER cap. 2)
•Funzione d'onda di un elettrone e pacchetto d'onda (ER cap. 3)
•Principio di indeterminazione (ER cap. 3)
•Dualismo onda-particella. (ER cap. 3)
•Equazione di Schroedinger, criteri di plausibilità (ER cap.5)
•Particella in una scatola a pareti infinite: quantizzazione dell'energia (ER cap. 6)
•Particella in una buca di potenziale finita. Valore di aspettazione. Effetto tunnel (ER cap. 6)
•Particelle identiche e principio di esclusione (ER cap. 9)
•Statistiche di Bose-Einstein e Fermi-Dirac, derivazione fenomenologia (ER cap. 11)
•Atomo di idrogeno, funzione d’onda dell’atomo di idrogeno, numeri atomici, tavola periodica degli elementi (ER, T, RKC cap.14 e 15).
Fisica dello stato solido:
•Impostazione generale dei problemi di stato solido. Concetto di simmetria, ordine e coerenza, difetti. Transizioni di fase, energie e potenziali. Misure caratterizzanti
•Approccio classico al problema conduzione elettrica nei solidi: teoria di Drude , il problema dell'elettrone libero, densità di stati, dinamica di un gas di elettroni liberi, conduttività elettrica in dc, effetto hall, magnetoresistenza, conduttività elettrica in ac, conduttività termica, effetto termoelettrici, effetto Hall, propagazione nei metalli (esercitazione con simulazioni) (AM, cap.1)
•Dinamica di elettroni liberi quantistici, modello di Sommerfeld (esercitazione con simulazioni) (AM, cap. 2)
•Solidi cristallini; Periodicità di un cristallo. Esempi di reticoli. Determinazione della struttura cristallina tramite diffrazione X ( legge di Bragg) (AM cap. 4)
•Elettroni in un potenziale periodico (K cap 7)
•Livelli di energia in un solido cristallino. Concetto di banda e di gap. Teorema di Bloch Energia di Fermi (esercitazione con simulazioni) (K cap. 7)
•Teoria semiclassica della conduzione nei metalli, confronto fra modello di Bloch e Sommerfeld
•Metalli. Semiconduttori. Superconduttori; Concetto di buca (AM cap. 12 ed appunti)
•Scattering ed equazione cinetica , cenni sul problema generale del trasporto, Oltre l'approssimazione di elettroni indipendenti (AM cap 13 ed appunti)
•Meccanismi fisici di trasporto in semiconduttori non omogenei. Densità di portatori all'equilibrio termico. Giunzione p-n. Correnti di drift e di diffusione.(S cap 3)
•Tecniche di fabbricazione di dispositivi elettronici, crescita
•Elementi di superconduttività; Dispositivi con superconduttori, esempio di effetto tunnel

Esercitazioni di laboratorio: tecniche di deposizione di film sottili, fabbricazione di giunzioni (litografia e attacchi selettivi), caratterizzazione delle proprietà di trasporto di giunzioni, tecniche di criogenia

Curricula scientifici dei docenti

Sono resi disponibili a cura del docente: http://www.diii.unina2.it/jupgrade/it/dipartimento/persone/docenti-elenco/associati/tafuri

 

Competenze attese in ingresso e/o Propedeuticità

 

Risultati d’apprendimento attesi

Conoscenze su Fotoni ed onde di materia; elementi di meccanica quantistica; equazione di Schroedinger; la struttura dell’atomo; solidi cristallini; conduzione elettrica nei solidi; proprietà elettriche dei solidi; livelli di energia in un solido cristallino; metalli, semiconduttori; superconduttori.

Anno del corso di studio in cui è inserito

 Primo anno

Testi di riferimento

Butkov "Mathematical Physics", Wiley ed. (B)
Paul A. Tipler, “Corso di Fisica: Fisica Moderna, vol.3”, (Casa Editrice Zanichelli) (T)
Robert Eisberg- Robert Resnick “Quantum Physics” (John Wiley and Sons, Editor) (ER)
Neil W. Ashcroft and N.David Mermin, “Solid State Physics” (HRW International Edition) (AM)
F. Richtmyer, E. Kennard, J. Cooper, “Introduction to Modern Physics” (TMH Edition) (RKC)
C. Kittel, ““Introduction to Solid State Physics” (John Wiley and Sons, Editor) (K)
J. Singh “Semicondutor Devices” (McGraw-Hill) (S)

Materiale didattico aggiuntivo

Sono resi disponibili a cura del docente: http://www.diii.unina2.it/jupgrade/it/dipartimento/persone/docenti-elenco/associati/tafuri

 

Modalità di erogazione

Tradizionale.

Sede

Via Michelangelo - Via Roma 29 Aversa.

Organizzazione della didattica

 Il corso prevede 4 ore di lezione frontali a settimana

Modalità di frequenza

Obbligatoria

Metodi di valutazione

 Colloquio orale

Dati statistici delle votazioni conseguite dagli studenti

Sono resi disponibili a cura del docente: http://www.diii.unina2.it/jupgrade/it/dipartimento/persone/docenti-elenco/associati/tafuri

 

Calendario delle attività didattiche

Dal 14 settembre al 21 dicembre 2013, sito http://www.diii.unina2.it/jupgrade/it/dipartimento/persone/docenti-elenco/associati/tafuri

Eventuali attività di supporto alla didattica

 Esercitazioni di laboratorio in aula ed il laboratorio

Orari di ricevimento studenti

Sono resi disponibili a cura del docente: http://www.diii.unina2.it/jupgrade/it/dipartimento/persone/docenti-elenco/associati/tafuri

 

Calendario delle prove di esame

Disponibile sul sito esami.ceda.unina2.it e sul sito del docente: http://www.diii.unina2.it/jupgrade/it/dipartimento/persone/docenti-elenco/associati/tafuri