FY542: Eksperimentel fysik og halvledere

Kendskab til emnerne behandlet i FT504, FT506, FY544

Studerende, der følger kurset, forventes at:

• Have kendskab til grundlæggende mekanik, elektromagnetisme, termodynamik og indledende kvantemekanik. Kendskab til grundlæggende calculus, inklusiv ordinære og partielle differentialligninger og grundlæggende begreber i statistik.
• Kendskab til det computerbaserede beregningsværktøj, MATLAB. 

Kurset har to formål: dels at sætte den studerende i stand til at designe og udføre fysiske og tekniske eksperimenter, dels at forstå de fysiske mekanismer bag halvlederbaserede komponenter (transistor, solcelle og lys emitterende diode). Eksperimentel fysik beskæftiger sig generelt med opsamling af viden og data om fysiske fænomener og deres anvendelser. Kurset indeholder en serie forsøg som introducerer centrale eksperimentelle metoder og illustrerer vigtige fysiske fænomener og deres anvendelser.

Kurset bygger oven på den viden, der er erhvervet i kurserne Mekanik og Termodynamik, Elektromagnetisme og Optik samt Kvantemekanik Kurset giver et fagligt grundlag for senere kurser i eksperimentel fysik og faststoffysik samt kompetencer til at designe og udføre eksperimenter indenfor forsknings- og udviklingsarbejde. 

I forhold til uddannelsens kompetenceprofil har kurset eksplicit fokus på at give:

• færdigheder i opsætning af teoretiske modeller for fysiske fænomener 
• kompetencer i at designe fysiske eksperimenter med henblik på at teste validiteten af teoretiske modeller 
• grundlæggende teoretisk viden om halvlederes fysiske egenskaber 
• kompetence i at gennemføre fysiske eksperimenter, herunder i forsøgsplanlægning, udførelse af forsøg, dataanalyse og afrapportering
• færdigheder i at undersøge og anvende fysiske fænomener eksperimentelt  
• forskningsbaseret viden om fysikkens eksperimentelle metoder

For at opnå kursets formål er det læringsmålet for kurset, at den studerende demonstrerer evne til at:            

• Redegøre for design og opbygning af eksperimenter i kurset. 
• Beskrive den underliggende teori for de udførte forsøg.
• Udføre udledninger af teoretiske modeller, af relevans, for de udførte eksperimenter.
• Gennemføre eksperimenter i laboratoriet og vurdere kvaliteten af egne data med henblik på analyse.
• Forstå halvlederes fysisk, herunder anvendelse af kvantemekanik, dotering og Fermi-Dirac statistik til at forklare mekanismerne i halvleder baserede komponenter.
• Anvende teorien til at foretage kvantitative beregninger af halvlederes konduktans som funktion af dotering og temperatur, samt af virkemåden af dioder, lysemitterende dioder (LED), transistorer og solceller.
• Designe eksperimenter der kan teste validiteten af disse teorier.
• Gennemføre en kvantitativ dataanalyse af eksperimentelle data, herunder anvende statistiske og computerbaserede metoder, hvor dette er relevant.
• Udlede konklusioner fra analysen af de eksperimentelle data.
• Redegøre for eksperimenter og resultater i rapportform.

Teoretisk baggrund for og udførelsen af de eksperimentelle øvelser som omhandler:

1. Akustiske bølger i rør.
2. Optisk rotation (Faradayeffekt)
3. Halvlederkomponenter:

• Doterede halvledere
• Dioden og den lysemitterende diode (LED)
• Den bipolære transistor
• Solcellen.

Øvelserne udføres i hold à 2-3 studerende. Som introduktion til øvelserne gennemgås den centrale teori og den studerende udleder formler, hvis validitet skal undersøges gennem eksperimenterne.

Se BlackBoard for pensumlister og yderligere litteraturhenvisninger.

For at sætte de studerende i stand til at nå læringsmålene for kurset tilrettelægges undervisningen således, at

Der er 36 forelæsningstimer, holdtimer etc. ugentlig i 15 uger.

Disse undervisningsaktiviteter udmønter sig i en anslået vejledende fordeling af arbejdsindsatsen hos en gennemsnitsstuderende på følgende måde:

• Aktivitet - Antal timer:
  
• Introfase (forelæsning, holdtimer) - Antal timer: 12
• træningsfase: Antal timer: 24, heraf 4 E-timer og 20 L-timer
• Studiefase: Antal timer: 
• Total: Antal timer:

Aktiviteter i studiefasen:

• Besvarelse af teoretiske spørgsmål og løsning af opgaver
• Forberedelse til eksperimentelt arbejde og konstruktionsarbejde.
• Analyse af eksperimentelle data. 
• Rapportskrivning.
• Forberedelse til mundtlig eksamen.