FISICA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI

Crediti: 
6
Settore scientifico disciplinare: 
FISICA DELLA MATERIA (FIS/03)
Anno accademico di offerta: 
2016/2017
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Lingua di insegnamento: 

Italiano o Inglese (a seconda della provenienza degli studenti)

Obiettivi formativi

Acquisire una buona conoscenza delle metodologie di crescita di policristalli, monocristalli, film epitassiali e nanostrutture. Comprensione delle proprietà dei materiali in funzione dei parametri di preparazione.

Prerequisiti

Conoscenze di base della fisica dello stato solido, di chimica e termodinamica

Contenuti dell'insegnamento

Materiali avanzati per tecnologie innovative; Fondamenti teorici della crescita cristallina; Metodi di crescita di monocristalli, film, e nanostrutture; relazioni fra parametri di crescita e proprietà dei materiali cresciuti.

Programma esteso

Introduzione; Importanza dei nuovi materiali come chiave per le tecnologie innovative; esempi.

Materiali cristallini; Distinzione fra cristalli naturali e cristalli sintetici; Requisiti di purezza, perfezione morfologica e strutturale, controllo del drogaggio per applicazioni tecnologiche;

Relazioni fra composizione chimica, struttura cristallografica e proprieta´fisiche
Tailoring delle proprieta´tramite introduzione di impurezze (drogaggio)

La dimensione del cristallo come grado di liberta´ per variare le proprieta´fisiche (nanostrutture)

Fondamenti di crescita dei cristalli artificiali; Definizione della crescita cristallina come transizione di fase del 1° ordine; Nucleazione; Aspetti termodinamici e cinetici;

La fluidodinamica nella crescita dal fuso; concetto di strato stagnante; fenomeni di segregazione; profili di distribuzione di impurezze; trasporto di massa e di calore; sottoraffreddamento costituzionale

Tecniche di crescita di monocristalli (dal fuso, da fase vapore, da soluzione); crescita di film sottili (epitassia da fasci molecolari, da fase vapore, da soluzione, sputtering e laser ablation); preparazione di nanostrutture

Disadattamento reticolare tra film e substrato; eterostrutture stressate

Difetti estesi e puntuali in cristalli; Classificazione dei difetti e metodi per ridurne la concentrazione; Difetti "utili"

Descrizione delle metodologie di crescita per alcuni cristalli di importanza tecnologica (semiconduttori, semiconduttori organici, cristalli laser, ossidi funzionali, ecc.)

Definizione di Metamateriali e loro applicazioni

Bibliografia

Dispense fornite dal docente; D.T.J. Hurle (Ed.), Handbook of crystal growth (6 volumi), Elsevier 1993; R. Fornari e C. Paorici Eds, Theoretical and technological aspects of crystal growth, Trans Tech Publ 1998; I.V. Markov, Crystal growth for beginners, World Scientific 2003;E.A. Irene, Electronic materials science, Wiley 2005; M. Noginov and V. Podolskiy Eds, Tutorials in Metamaterials, CRC Press 2012

Metodi didattici

Lezioni in aula

Modalità verifica apprendimento

Esame orale.
Modalità:

- Breve seminario (max 15 min) di approfondimento di un tema a scelta fra quelli svolti durante il corso.

- Interrogazione sugli argomenti del corso mirante a stabilire in quale misura i concetti base sono chiari e acquisisti.

- Il voto finale si basa per 1/3 sul seminario e per 2/3 sulla interrogazione

Altre informazioni

Attività di supporto:

Visita ai laboratori di crescita di IMEM-CNR. Esperimenti di crescita epitassiale e bulk.

Discussioni su materiali innovativi per tecnologie avanzate.