FISICA DELLO STATO SOLIDO (f)
2o MODULO
A. A. 1998-99
Prof. Antonio Miotello
Oggetto e obiettivi del corso
Il programma del primo modulo riguarderà le tecniche teoriche per
trattare i problemi della statica e dinamica dei solidi cristallini. Nel
secondo modulo verranno trattati alcuni aspetti fenomenologici e sperimentali
connessi alle problematiche più attuali della fisica dello stato
solido.
In generale ogni argomento verrà introdotto illustrando la fenomenologia
relativa a particolari proprietà dei sistemi fisici in esame, allo
scopo di rendere edotto lo studente sulle problematiche da affrontare.
All'analisi dei metodi teorici utili per la fisica dello stato solido,
farà seguito l'illustrazione di alcuni esempi concreti, per mettere
in risalto sia la bontà del metodo come i limiti imposti dalle approsimazioni
inerenti al medesimo. Analogamente per quanto riguarda le metodologie sperimentali
verrano sottolineate potenzialità e limiti delle medesime.
All'inizio del primo modulo, agli studenti sarà richiesto di
rispondere ad un breve test con lo scopo di accertare la loro conoscenza
di argomenti di meccanica quantistica, meccanica statistica e struttura
della materia. I risultati del test saranno di ausilio per migliorare il
livello di presentazione degli argomenti da svolgere.
Programma
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Tecniche sperimentali:
Concetti generali relativi ai problemi di interazione particella-superficie.
Il concetto di sezione d'urto e il calcolo relativo.
Potenziali di interazione particella-atomo e i potenziali schermati.
Il problema dello sputtering connesso all'utilizzo di tecniche di superficie
quali: Auger Electron Spectroscopy (AES), Secondary Ion Mass Spectroscopy
(SIMS), X-Photoelectron Spectroscopy (XPS). Teoria dello sputtering, dipendenza
della resa di sputtering da parametri quali: energia di legame alla superficie,
massa dello ione incidente, angolo di incidenza. Lo sputtering preferenziale
e il suo controllo. Principi generali della tecnica AES. Il processo Auger
e terminologia relativa. I diversi contributi allo spettro Auger (picchi
plasmonici, picco elastico). Il cammino libero medio degli elettroni nella
materia condensata e tabelle sperimentali.
L'intensita' di un picco Auger.
I principi generali della tecnica XPS: terminologia e procedure sperimentali
per la determinazione dell'energia di legame. Utilizzo della tecnica XPS
per lo studio del legame chimico.
I principi generali della tecnica SIMS: il problema della neutralizzazione
degli ioni emessi e accorgimenti sperimentali per la riduzione di tale
fenomeno. Lo spettrometro di massa.
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Proprieta' dielettriche dei materiali:
Conducibilita' elettrica complessa, interazione di onde elettromagnetiche
con la materia, integrazione delle equazioni di Maxwell con varie condizioni
al contorno, la funzione dielettrica complessa, propagazione e riflessione
di onde elettromagnetiche da parte di mezzi continui, la frequenza di plasma,
il concetto di plasmone, tecniche sperimentali per la determinazione dello
spettro plasmonico.
Polarizzazione di solidi dielettrici. Relazione fra polarizzazione
e campo nel caso dinamico e nell'ambito della teoria della risposta lineare.
La funzione di risposta e sua determinazione. Relazione fra funzione di
risposta e suscettivita'. Suscettivita' e funzione dielettrica. Relazioni
di Kramers-Kronig.
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Semiconduttori:
Note generali sulla struttura a bande dei solidi, dimostrazione del
teorema di Green per funzioni periodiche nello spazio-k. Concetto di vacanza
e corrente elettrica associata alle vacanze. Note generali sui semiconduttori
in relazione alle loro proprieta' di trasporto.
Semiconduttori a gap diretta e indiretta,struttura a bande di: Si,
Ge, GaAs, drogaggio di semiconduttori, conducibilita' elettrica in un semiconduttore
intrinseco. Densita' di stati elettronici in banda di conduzione e di valenza
in un semiconduttore. La legge di azione di massa, livelli donori e accettori
e valutazione dell'energia di legame in un livello donore.
Metodi sperimentali per la determinazione dell'energia dei livelli
donori e confronto con i risultati del modello teorico basato sul sistema
tipo atomo di idrogeno. Conducibilita' elettrica in un semiconduttore di
tipo n e valutazione delle energie di attivazione in funzione del tipo
di drogaggio.
Mobilita' degli elettroni in funzione della temperatura e meccanismi
di scattering con fononi e con impurezze. La giunzione p-n, tecniche sperimentali
per la preparazione di giunzioni p-n, condizioni di equilibrio termico
e diffusivo per le due componeneti della giunzione. Distorsione delle bande
nella regione di transizione, condizioni di equilibrio dei portatori rispetto
alle forze diffusive e di drift. Il modello di Schottky per la giunzione
e valutazione del campo elettrico e del potenziale in condizioni di equilibrio.
La giunzione p-n polarizzata. La funzione caratteristica tensione-corrente
in una giunzione polarizzata.
Dipendenza delle correnti di generazione da parametri quali costante
di diffusione e tempi di ricombinazione. Eterostrutture: pozzi quantici
e superreticoli. Trasporto elettrico in eterostrutture e confinamento dei
portatori.
Modalità e svolgimento dell'esame
Tutti gli argomenti indicati sopra costituiscono argomenti d'esame.
Testi consigliati
H. IBACH , H. LUTH, Solid State Physics, Springer-Verlag, Berlino,
1993
Modalità e svolgimento dell'esame
Il profitto degli studenti verrà accertato mediante un esame orale
sugli argomenti trattati durante il corso.