Obiettivi formativi
Acquisire una buona conoscenza delle metodologie di crescita di policristalli e monocristalli.
Prerequisiti
Conoscenze di base della fisica dello stato solido
Contenuti dell'insegnamento
Richiami di termodinamica fenomenologica (criteri di equilibrio, equilibri
tra fasi, diagrammi di fase, equilibri multipli, stime di grandezze
termodinamiche). Transizioni di fase del primo ordine e forza motrice
delle transizioni.
Elementi di fluidodinamica:
equazioni del trasporto di massa, calore, quantita' di moto; sistemi
bifasici e problema generale di Stefan; soluzioni approssimate del
problema di Stefan; teoria dello strato limite stagnante. Aspetti
fluidodinamici e cinetici accoppiati nelle transizioni di fase del primo
ordine. Applicazioni varie nella tecnologia dei materiali cristallini.
Stabilita' delle interfaccie monocristalline in crescita: il
sottoraffreddamento costituzionale e cenni alla stabilita' morfologica di
Mullin-Sekerka. Stabilita'composizionale e profili di concentrazione di
impurezze e/o droganti; segregazione isotropa e anisotropa a livello macro
e microscopico. Diffusione in stato solido. Cenni di tecnologia planare.
Energia superficiale e sua incidenza su equilibri di fase e formazione di
microprecipitati (relazioni di Young-Laplace, Gibbs-Thompson, Ostwald).
Forma differenziale dell'equazione di Young-Laplace. Cenni di stabilita'
di sagoma nella cristallizzazione da fuso. Sinterizzazione e cenni sulle
transizioni "solido-solido".
Superfici e interfaccie: a) approccio fenomenologico alla classificazione
delle interfaccie. Forme di equilibrio dei cristalli e teorema di Wulff;
b) approccio atomistico a superfici e interfaccie "cristallo-fluido":
modelli di Jackson e Temkin (interfaccie compatte [liscie e ruvide] e
diffuse). Transizione di irruvidimento e fusione superficiale; modello
cristallografico di superfici e interfaccie secondo Hartman-Perdok.
Meccanismi di crescita cristallina: crescita normale (Wilson-Frenkel);
crescita laterale (BCF); crescita per nucleazione bidimensionale.
Richiami di termodinamica statistica. Difetti puntuali: disordine puntuale
nei cristalli e sua stabilita'. Difetto di stechiometria in fasi solide
cristalline. Cenni sull'incidenza dei difetti di punto sulle proprieta'
fisiche e nella diffusione di impurezze nei solidi cristallini. Difetti
cristallografici estesi di linea (dislocazioni), di superficie e di
volume; loro incidenza sulle proprieta' fisiche. Genesi, riduzione e
controllo dei difetti estesi nei cristalli (cenni di stabilita'
strutturale). Cenni di termoelasticita' e suo ruolo nella genesi dei
difetti estesi.
Principali tecniche di crescita di cristalli massivi (tecniche da fuso, da
soluzione, da fase vapore).
Il concetto di epitassia e la crescita epitassiale. Cenni sulle principali tecniche
di crescita epitassiale (PVD, CVD, MOCVD, MBE).
Programma esteso
Richiami di termodinamica fenomenologica (criteri di equilibrio, equilibri tra fasi, diagrammi di fase, equilibri multipli, stime di grandezze termodinamiche).
Transizioni di fase del primo ordine e forza motrice delle transizioni. Elementi di fluidodinamica: equazioni del trasporto di massa, calore, quantita' di moto; sistemi bifasici e problema generale di Stefan; soluzioni approssimate del problema di Stefan; teoria dello strato limite stagnante.
Aspetti fluidodinamici e cinetici accoppiati nelle transizioni di fase del primo ordine. Applicazioni varie nella tecnologia dei materiali cristallini. Stabilita' delle interfaccie monocristalline in crescita: il sottoraffreddamento costituzionale e cenni alla stabilita' morfologica di Mullin-Sekerka. Stabilita'composizionale e profili di concentrazione di impurezze e/o droganti; segregazione isotropa e anisotropa a livello macro e microscopico.
Diffusione in stato solido. Cenni di tecnologia planare. Energia superficiale e sua incidenza su equilibri di fase e formazione di microprecipitati (relazioni di Young-Laplace, Gibbs-Thompson, Ostwald).
Forma differenziale dell'equazione di Young-Laplace. Cenni di stabilita' di sagoma nella cristallizzazione da fuso. Sinterizzazione e cenni sulle transizioni "solido-solido".
Superfici e interfaccie: a) approccio fenomenologico alla classificazione delle interfaccie. Forme di equilibrio dei cristalli e teorema di Wulff; b) approccio atomistico a superfici e interfaccie "cristallo-fluido": modelli di Jackson e Temkin (interfaccie compatte [liscie e ruvide] e diffuse). Transizione di irruvidimento e fusione superficiale; modello cristallografico di superfici e interfaccie secondo Hartman-Perdok. Meccanismi di crescita cristallina: crescita normale (Wilson-Frenkel); crescita laterale (BCF); crescita per nucleazione bidimensionale.
Richiami di termodinamica statistica. Difetti puntuali: disordine puntuale nei cristalli e sua stabilita'. Difetto di stechiometria in fasi solide cristalline.
Cenni sull'incidenza dei difetti di punto sulle proprieta' fisiche e nella diffusione di impurezze nei solidi cristallini. Difetti cristallografici estesi di linea (dislocazioni), di superficie e di volume; loro incidenza sulle proprieta' fisiche.
Genesi, riduzione e controllo dei difetti estesi nei cristalli (cenni di stabilita' strutturale). Cenni di termoelasticita' e suo ruolo nella genesi dei difetti estesi.
Principali tecniche di crescita di cristalli massivi (tecniche da fuso, da soluzione, da fase vapore). Il concetto di epitassia e la crescita epitassiale. Cenni sulle principali tecniche di crescita epitassiale (PVD, CVD, MOCVD, MBE).
Bibliografia
Materiale didattico fornito dal Docente
Metodi didattici
Lezioni in aula
Modalità verifica apprendimento
Esame orale
Altre informazioni
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