FY542: Eksperimentel fysik og halvledere

Det Naturvidenskabelige Studienævn

Undervisningssprog: På dansk eller engelsk afhængigt af underviser
EKA: N500033112, N500033102
Censur: Intern prøve, en bedømmer, Intern prøve, to eller flere bedømmere
Bedømmelse: Bestået/Ikke bestået, 7-trinsskala
Udbudssteder: Odense
Udbudsterminer: Forår
Niveau: Bachelor

STADS ID (UVA): N500033101
ECTS-point: 5

Godkendelsesdato: 09-11-2020


Varighed: 1 semester

Version: Arkiv

Indgangskrav

Kendskab til emnerne behandlet i FT504, FT506, FY544

Faglige forudsætninger

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. 

Formål

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

Anvendelser:

En fundamental forståelse af halvlederes fysiske virkemåde er essentiel for at kunne bidrage til udviklingen af nye energieffektive elektroniske komponenter som computer-chips, lysemitterende dioder (LED) og for udviklingen af nye solceller med forbedrede egenskaber.

Målbeskrivelse

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.

Indhold

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.

    Litteratur

    Se itslearning for pensumlister og yderligere litteraturhenvisninger.

    Eksamensbestemmelser

    Forudsætningsprøve a)

    Tidsmæssig placering

    Forår

    Udprøvninger

    Deltagelse i laboratorie

    EKA

    N500033112

    Censur

    Intern prøve, en bedømmer

    Bedømmelse

    Bestået/Ikke bestået

    Identifikation

    Fulde navn og SDU brugernavn

    Sprog

    Følger, som udgangspunkt, undervisningssprog

    Hjælpemidler

    Oplyses på kurset

    ECTS-point

    0

    Uddybende information

     Forudsætningsprøven er en forudsætning for deltagelse i eksamenselement a)

    Eksamenselement a)

    Tidsmæssig placering

    Juni

    Forudsætninger

    Type Forudsætningsnavn Forudsætningsfag
    Delprøve Forudsætningsprøve a) N500033101, FY542: Eksperimentel fysik og halvledere

    Udprøvninger

    Mundtlig eksamen

    EKA

    N500033102

    Censur

    Intern prøve, to eller flere bedømmere

    Bedømmelse

    7-trinsskala

    Identifikation

    Fulde navn og SDU brugernavn

    Sprog

    Følger, som udgangspunkt, undervisningssprog

    Varighed

    25 minutter

    Hjælpemidler

    Oplyses på kurset

    ECTS-point

    5

    Uddybende information

    Evalueringen er en helhedsvurdering af rapporter over laboratoriearbejdet samt den mundtlige individuelle eksamen.
    Eksamensformen ved reeksamen kan være en anden end eksamensformen ved den ordinære eksamen.

    Vejledende antal undervisningstimer

    36 timer per semester

    Undervisningsform

    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
    • Total: Antal timer: 36 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.

    Ansvarlig underviser

    Navn E-mail Institut
    Ole Albrektsen oal@sdu.dk Institut for Mekanik og Elektronik
    René Lynge Eriksen rle@mci.sdu.dk SDU Centre for Photonics Engineering
    Sven Tougaard svt@sdu.dk Institut for Fysik, Kemi og Farmaci

    Skemaoplysninger

    Administrationsenhed

    Fysik, kemi og Farmaci

    Team hos Uddannelsesjura & Registratur

    NAT

    Udbudssteder

    Odense

    Anbefalede studieforløb

    Profil Uddannelse Semester Udbuds periode
    Ikke længere gældende pr 31.august 2020: KA sidefag i Fysik for centralfag i Idræt og sundhed - optag 1. september 2019 og 2020 Kandidat i fysik | Odense 1 E20
    Ikke længere gældende pr 31.august 2020: KA sidefag i Fysik for centralfag i Idræt og sundhed - optag 1. september 2019 og 2020 Kandidat i fysik | Odense 1 E21
    KA sidefag i Fysik for centralfag i Idræt og sundhed - optag 1. september 2019 Kandidat i fysik | Odense 1 E21
    KA sidefag i Fysik for centralfag i Idræt og sundhed - optag 1. september 2019 Kandidat i fysik | Odense 1 E20
    Ikke længere gældende pr. 31.august 2021: KA sidefag i Fysik for centralfag uden for naturvidenskab (75 ECTS) - optag 1. september 2019 og 2020 Kandidat i fysik | Odense 2 E21
    KA sidefag i Fysik for centralfag uden for naturvidenskab (75 ECTS) - optag 1. september 2019 Kandidat i fysik | Odense 2 E21
    KA sidefag i Fysik for centralfag uden for naturvidenskab (75 ECTS) - optag 1. september 2019 og 2020 Kandidat i fysik | Odense 2 E20
    KA sidefag i Fysik for centralfag uden for naturvidenskab (75 ECTS) - optag 1. september 2020 og 2021 Kandidat i fysik | Odense 2 E21
    BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2018 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E20
    BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2018 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E21
    BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2019 og 2020 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E20
    BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2019, 2020 og 2021 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E21
    BA Centralt fag i fysik to-faglig - optag 1. september 2018 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E20
    BA Centralt fag i fysik to-faglig - optag 1. september 2018 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E21
    BA Centralt fag i fysik to-faglig - optag 1. september 2019 og 2020 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E20
    BA Centralt fag i fysik to-faglig - optag 1. september 2019, 2020 og 2021 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E21
    Bachelor i fysik og teknologi, optag 2021 Bachelor i fysik og teknologi | Odense 4 F24
    Bachelor i fysik og teknologi, optag 2021 Bachelor i fysik og teknologi | Odense 4 E22, F23, E23
    Bachelor i fysik og teknologi, optag, 2020 Bachelor i fysik og teknologi | Odense 4 F22, E22, F23
    Fysik og Teknologi, optag 2020 Bachelor i fysik og teknologi | Odense 4 E21
    Fysik og Teknologi, optag 2021 og frem Bachelor i fysik og teknologi | Odense 4 F22
    Fysik og Teknologi, optag 2021 og frem Bachelor i fysik og teknologi | Odense 4 E21
    Ikke længere gældende pr. 31.august 2021 - BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2019 og 2020 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E21