Giampiero Amato

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Corsi

Struttura dei cristalli, vettori e reticoli primitivi. Reticoli di Bravais bidimensionali e tridimensionali con base monoatomica e biatomica. Cella unitaria, cella unitaria di Wigner-Seitz. Reticoli cristallini, esperimento di Bragg e reticolo reciproco. Indici di Miller. Direzioni cristallografiche e piani cristallografici. Sfera di Ewald.
Proprietà del reticolo reciproco. Fattore di struttura nel reticolo reciproco. Tecniche di diffrazione: raggi X, Elettroni. Diffrattometro di Laue, e goniometro, Cenni di Microscopia Elettronica TEM. Cenni di crescita epitassiale. Tecnica RHEED per lo studio delle superfici.
Diffrazione di onde elettroniche nel cristallo, degenerazione alla prima zona di Brillouin.
Vacanze reticolari. Entalpia ed entropia di formazione di vacanze puntuali. Entropia di configurazione. Grafico di Arrhenius della concentrazione di vacanze come processo termicamente attivato. Statistica di Boltzmann e di Fermi Dirac.
Modello classico degli elettroni liberi nei cristalli. Legge di Ohm, conducibilità, velocità di drift, mobilità, tempo di vita media, cammino libero medio. Effetto Hall, coefficiente di Hall. Limiti del modello classico.
Modello quantistico, approssimazione ad un elettrone.
Densità degli stati nel modello a elettroni liberi. Distribuzione di Fermi. Interpretazione quantistica di proprietà termiche ed elettriche in metalli. Regola di Matthiesen, regola di Nordheim. Diagramma a bande, densità degli stati nelle bande, conducibilità nelle bande, classificazione di isolanti, metalli e semiconduttori, Teorema di Bloch. Diagramma a bande ridotto in una e due dimensioni. Gap diretta ed indiretta. Densità di elettroni in banda di conduzione. Lacune. Drogaggio nei semiconduttori. Legge di azione di massa. Dipendenza della conducibilità, della mobilità e e della concentrazione di portatori liberi con la temperatura, la gap e con la concentrazione di impurezze. Casi dei principali semiconduttori. Portatori di maggioranza e minoranza. Ricombinazione. Ratei di generazione e ricombinazione. Tempo di vita medio dei minoritari. Diffusività. Cammino libero medio dei minoritari.
Ricombinazioni radiative e non radiative. Difetti nei cristalli. Un difetto inevitabile: la superficie. Stati superficiali, Regione di Carica Spaziale. Giunzione p-n, correnti di diffusione e di drift. Equazione del diodo. Corrente generata nella Regione di Carica Spaziale. Corrente da coppie fotogenerate. Il coefficiente di assorbimento e la lunghezza di penetrazione della luce nei semiconduttori. La cella solare. Tensione di circuito aperto, corrente di cortocircuito, Fill Factor, punto di lavoro, efficienza.
Tecnologie a semiconduttore per il fotovoltaico. Considerazioni economiche energetiche, elettrotecniche. Processo di produzione di una cella al Si multicristallino. Cenni su celle al Si amorfo e celle di Graetzel.
Ricombinazioni radiative e non-radiative in dettaglio. Diodo LED. Strutture Metallo-Ossido-Semiconduttore (MOS). Transistor MOSFET.
Le problematiche relative alla realizzazione di circuiti integrati. Il cablaggio e l'isolamento. I livelli di connessione. Il prodotto rho*epsilon. La legge di Moore. Il modulo del materiale e il modulo della struttura. Lo yield di un processo a multi-step.
Proprietà dell'Ossido di Silicio. Applicazioni dell'Ossido di Silicio nella tecnologia Microelettronica. Suo impiego nel drogaggio per diffusione ed impiantazione Ionica. Ossido termico, secco e umido. Modello di Deal e Grove. Ossido da Chemical Vapor Deposition, termico e via plasma.
Teoria dell'elasticità. Strain e stress normali e di taglio. Coefficienti di Lamè, modulo di Young, coefficiente di Poisson, Modulo di massa. Energia elastica.
Fononi, prima zona di Brillouin, relazione di dispersione, modi fononici: longitudinale e trasversale. Il fonone come quasi-particella, conservazione di Energia e Momento. Statistica di Bose-Einstein
Effetto Raman, modi di Stokes and anti-Stokes. Fononi in basi biatomiche: branca ottica e branca acustica. Termometro Raman.
Contributo del reticolo alla capacità termica molare. Modello di Einstein, Modello di Debye, comportamenti a T->0 e T->oo. La densità degli stati fononica.
Richiamo dei concetti e definizioni fondamentali del magnetismo. Diamagnetismo e Paramagnetismo. Teoria del campo medio nel ferromagnetismo: Funzione di Langevin, risoluzione grafica, temperatura di Curie, equazione di Curie-Weiss. Cenni su ferrimagnetismo e antiferromagnetismo, Temperatura di Nèel.
Oltre la teoria di campo medio, direzioni preferenziali. Domini Magnetici, pareti di dominio. Moto delle pareti: considerazioni energetiche. Interazione parete-difetto. Ciclo di isteresi.
Pareti di Nèel e di Bloch. Perdite di potenza: da correnti parassite e isteretiche. Calcolo della perdita come integrale del ciclo di isteresi. Risposta in frequenza. Ferromagneti duri e dolci. Memorizzazione magnetica e trasformatori. Modifiche del ciclo tramite ingegneria dei difetti e sollecitazioni meccaniche.
Superconduttività. Effetto Meissner, lunghezza di penetrazione, lunghezza di coerenza. Superconduttori di I e II tipo. Temperatura critica, Campo Magnetico critico, Corrente critica. Superconduttori ad alta Tc.
Elementi di teoria BCS, coppie di Cooper.
Equazioni di London, lunghezza di penetrazione. Capacità termica in funzione della temperatura, gap di energia nei superconduttori. Predizioni della teoria BCS.
Origine della gap nei superconduttori. Leggi di scala nella BCS. Applicazioni dei superconduttori: effetto Josephson, elettromagneti, trasporto di energia, treno a levitazione magnetica.<br /><p class="category">Categoria <a href="https://www.dir.uniupo.it/course/category.php?id=636">Didattica A.A. 2016/2017
/ Dipartimento di Scienze e Innovazione Tecnologica
/ Corsi di Laurea
/ SCIENZA DEI MATERIALI - CHIMICA
/ VERCELLI</a></p>