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: 27-10-2022


Varighed: 1 semester

Version: Godkendt - aktiv

Indgangskrav

Kurset må kun tages af studerende for hvem kurset indgår som obligatorisk på deres studieordning.
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 grænsefladespænding og Brownsk bevægelse samt fysikken af 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 kondenserede stoffers fysik 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 beskrivelse af grænsefladespænding og Brownsk bevægelse.
  • 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 grænsefladespænding og Brownsk bevægelse er essentiel for at kunne bidrage til teknologisk udvikling af bløde materialer, eksempelvis fremføring af lægemidler og udvikling af fremtidens fødevarer.  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 den fysiske beskrivelse af grænsefladespænding, herunder ligningerne for formen af en hængende dråbe og tilhørende numerisk løsning.
  • Forstå den fysiske beskrivelse af Brownsk bevægelse som eksempel på et fysisk system med stokastisk dynamik. 
  • 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. Formen af væskedråber
  2. Brownsk bevægelse
  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.

    Vejledende antal undervisningstimer

    34 timer per semester

    Undervisningsform

    På naturvidenskab er undervisningen tilrettelagt efter trefasemodellen dvs. intro, trænings- og studiefasen. For at sætte de studerende i stand til at nå læringsmålene for kurset er undervisningsn fordelt mellem introducerende forelæsninger og regneøvelser kombineret med laboratorieøvelser.

    • Introfase (forelæsning, holdtimer) - Antal timer: 12
    • træningsfase: Antal timer: 22, heraf 2 E-timer og 20 L-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
    Adam Cohen Simonsen adam@sdu.dk Fysik
    Jakob Emil Olsen jakobemil@mci.sdu.dk SDU NanoSyd

    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 E22
    Foreløbig KA sidefag i Fysik for centralfag uden for naturvidenskab (75 ECTS) - optag 1. september 2024 Kandidat i fysik | Odense 2 E23
    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 E22
    KA sidefag i Fysik for centralfag uden for naturvidenskab (75 ECTS) - optag 1. september 2020 og 2021 Kandidat i fysik | Odense 2 E22
    KA sidefag i Fysik for centralfag uden for naturvidenskab (75 ECTS) - optag 1. september 2021 Kandidat i fysik | Odense 2 E23
    KA sidefag i Fysik for centralfag uden for naturvidenskab (75 ECTS) - optag 1. september 2022 Kandidat i fysik | Odense 2 E22
    KA sidefag i Fysik for centralfag uden for naturvidenskab (75 ECTS) - optag 1. september 2022 og 2023 Kandidat i fysik | Odense 2 E23
    KA sidefag i Fysik for centralfag uden for naturvidenskab (75 ECTS) - optag 1. september 2022 og 2023 Kandidat i fysik | Odense 2 E24
    KA sidefag i Fysik for centralfag uden for naturvidenskab (75 ECTS) - optag 1. september 2024 Kandidat i fysik | Odense 2 E24
    BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2019 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E22
    BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2020 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E23
    BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2020 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E22
    BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2021 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E24
    BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2021 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E23
    BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2021 og 2022 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E22
    BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2022 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E23
    BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2022 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E24
    BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2023 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E23
    BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2023 og 2024 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E24
    BA Centralt fag i fysik med sidefag i Matematik - optag 1. september 2020 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E22
    BA Centralt fag i fysik med sidefag i Matematik - optag 1. september 2020 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E23
    BA Centralt fag i fysik med sidefag i Matematik - optag 1. september 2021 og 2022 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E22
    BA Centralt fag i fysik to-faglig - optag 1. september 2019 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E22
    BA Centralt fag i fysik to-faglig - optag 1. september 2019 og 2020 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E22
    BA Centralt fag i fysik to-faglig - optag 1. september 2020 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E23
    BA Centralt fag i fysik to-faglig - optag 1. september 2021 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E24
    BA Centralt fag i fysik to-faglig - optag 1. september 2021 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E23
    BA Centralt fag i fysik to-faglig - optag 1. september 2021 og 2022 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E22
    BA Centralt fag i fysik to-faglig - optag 1. september 2022 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E24
    BA Centralt fag i fysik to-faglig - optag 1. september 2022 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E23
    BA Centralt fag i fysik to-faglig - optag 1. september 2023 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E23
    BA Centralt fag i fysik to-faglig - optag 1. september 2023 og 2024 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E24
    Bachelor i fysik og teknologi, optag 2022 Bachelor i fysik og teknologi | Odense 4 F24, E24
    Bachelor i fysik og teknologi, optag 2022 Bachelor i fysik og teknologi | Odense 4 E22, F23, E23
    Bachelor i fysik og teknologi, optag 2022 Bachelor i fysik og teknologi | Odense 4 F25
    Bachelor i fysik og teknologi, optag 2023 Bachelor i fysik og teknologi | Odense 4 F24, E24
    Bachelor i fysik og teknologi, optag 2023 Bachelor i fysik og teknologi | Odense 4 F25
    Bachelor i fysik og teknologi, optag 2023 Bachelor i fysik og teknologi | Odense 4 E23
    Bachelor i fysik og teknologi, optag 2024 Bachelor i fysik og teknologi | Odense 4 F25
    Bachelor i fysik og teknologi, optag 2024 Bachelor i fysik og teknologi | Odense 4 E24
    Ikke længere gældende pr. 31. august 2022: BA Centralt fag i fysik to-faglig - optag 1. september 2019, 2020 og 2021 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E22
    Ikke længere gældende pr. 31. august 2022: BA Centralt fag i fysik to-faglig - optag 1. september 2020 og 2021 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E23
    Ikke længere gældende pr. 31. august 2022: BA Centralt fag i fysik to-faglig - optag 1. september 2021 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E24
    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 E22
    Ikke længere gældende pr. 31.august 2021 - BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2020 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E23
    Ikke længere gældende pr. 31.august 2022: BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2019, 2020 og 2021 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E22
    Ikke længere gældende pr. 31.august 2022: BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2020 og 2021 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E23
    Ikke længere gældende pr. 31.august 2022: BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2021 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E24
    Ikke længere gældende pr. 31.august 2023 BA Centralt fag i fysik to-faglig - optag 1. september 2021 og 2022 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E23
    Ikke længere gældende pr. 31.august 2023 BA Centralt fag i fysik to-faglig - optag 1. september 2021 og 2022 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E24
    Ikke længere gældende pr. 31.august 2023: BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2021 og 2022 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E23
    Ikke længere gældende pr. 31.august 2023: BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2021 og 2022 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E24
    ikke længere gældende pr. 31.august 2024 BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2022 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E24
    ikke længere gældende pr. 31.august 2024 BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2023 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 4 E24

    Overgangsordninger

    Overgangsordninger beskriver, hvordan et kursus erstatter et andet kursus, når der ændres i et studieforløb.
    Hvis der er lavet en overgangsordning for et kursus vil den fremgå af oversigten.
    Se overgangsordninger for alle kurser på Det Naturvidenskabelige Fakultet.