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.
