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Oggetto:
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Fisica della materia A

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Solid State Physics A

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Anno accademico 2022/2023

Codice attività didattica
INT0359
Corso di studio
Laurea Magistrale Interateneo in Fisica dei sistemi complessi
Periodo
Primo Semestre
Tipologia
B=Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
FIS/03 - fisica della materia
Lingua
Italiano
Prerequisiti
Propedeutico a
Mutuato da
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Fornire agli studenti le nozioni fondamentali per la comprensione dei fenomeni della dinamica elettronica nei solidi e delle proprietà di alcune classi di materiali.

To provide the students with the fundamental concepts to understand the phenomena of electronic dynamics in solids and the properties of some classes of materials.

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Risultati dell'apprendimento attesi

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Programma

Onde in mezzo non dispersivo e in mezzo dispersivo. Significato della relazione di dispersione. Strutture cristalline ed elementi di simmetria puntuale. Diffrazione di neutroni ed elettroni. Tecniche sperimentali per la diffrazione X e teoria di Laue. Reticolo reciproco e sue proprietà. Modelli di Sommerfeld e di Drude per gli elettroni nei solidi: proprietà in regime stazionario. Distribuzione di Fermi e potenziale chimico. Proprietà termiche ed elettriche. Legge di Ohm. Conducibilità termica e legge di Wiedermann-Franz. Effetto Seebeck. Ulteriori proprietà del gas di Fermi. Frequenza di plasma. Plasmoni. Lunghezza di schermo elettrostatico in approssimazione di Thomas-Fermi. Effetti della statistica di Fermi-Dirac per la depressione delle sezione d’urto elettrone-elettrone. Effetto Hall classico e quantistico. Magnetoresistenza. Limiti del modello a gas di Fermi. Teorema di Bloch in 3D e sue implicazioni. Cenni al modello di Kronig-Penney. Modello ad elettroni quasi liberi in 1D e soluzione approssimata a bordo zona. Superficie di Fermi in 2D e in 3D. Modello ad elettroni fortemente legati. Modello semiclassico per la dinamica degli elettroni nelle bande. Descrizione della conduzione per mezzo di elettroni o di lacune. Tensore massa efficace. Cenni alle oscillazioni di Bloch. Elementi di Fisica dei semiconduttori: teoria delle bande, elettroni e lacune nei semiconduttori. Statistica dei portatori di carica. Semiconduttori in condizioni di non equilibrio. Trasporto di elettroni e lacune. Conducibilità, resistività, legge di Ohm.Significato fisico dei diagrammi a bande. Giunzioni p-n: Elettrostatica, caratteristiche capacità/tensione e corrente/tensione teoria del diodo ideale

Waves in non-dispersive and in dispersive media. Physical meaning of the dispersion relation. Crystal structures and point symmetry elements. Neutron and electron diffraction. Experimental methods for X-ray diffraction and Laue’s theory. Reciprocal lattice and its properties.Drude and Sommerfeld models for the electrons in solids: steady state properties. Fermi distribution and chemical potential. Thermal and electrical properties. Ohm’s law. Thermal conductivity and Wiedermann-Franz law. Seebeck effect. Further properties of the Fermi gas. Plasma frequency. Plasmons. Electrostatic screening length in the Thomas-Fermi approximation. The effects of the Fermi-Dirac distribution function on the reduction of the electron-electron scattering cross section. Classical and quantum Hall effect. Magnetoresistance. Limits of the Fermi gas model. Bloch’s theorem in 3D and its implications. Hints at the Kronig-Penney model. Nearly free electron model in 1D and approximated solution near the zone boundary. Fermi surfaces in 2D and in 3D. Tight binding model. Semiclassical model for the electron dynamics in the energy bands. Description of the conduction process by means of electrons or holes.The effective mass tensor. Hints at the Bloch’s oscillations. Elements of Semiconductor Physics: band theory, electrons and holes in semiconducting materials. Charge carrier statistical distribution law. Semiconductors in non-equilibrium conditions.Transport of electrons and holes. Conductivity, resistivity and Ohm’s law.Physical meaning of the band diagrams. P-n junctions: Electrostatics, capacitance/voltage and current/voltage characteristics. Theory of the ideal diode.

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Modalità di insegnamento

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Modalità di verifica dell'apprendimento

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Attività di supporto

Testi consigliati e bibliografia

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1. C.Kittel, Introduzione alla Fisica dello Stato Solido, Boringhieri, (1971)

2. J.R.Hook, H.E.Hall, Solid State Physics, J.Wiley & Sons, (1991)

3. N. W. Ashcroft, N. D. Mermin, Solid State Physics, Holt, Rinehart and Winston, (1976)

4. S.M. Sze, “Semiconductor Devices”, 2nd edition, John Wiley and Sons, 2002

5. A.S.Grove: “Fisica e Tecnologia dei dispositivi a semiconduttore”, Franco Angeli editore, Milano 1993

6. M.Shur, “Physics of semiconductor devices”, Prentice Hall series in Solid State electronics,New Jersey, 1990

7. M.Guzzi, Principi di Fisica dei Semiconduttori, Hoepli, 2004

 



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    Ultimo aggiornamento: 05/09/2022 08:59
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