• Ατομική και μοριακή δομή: ατομικά μεγέθη, ατομικό μοντέλο του Bohr, απαγορευτική αρχή του Pauli, κατανομή ηλεκτρονίων ατόμου σε στοιβάδες και υποστιβάδες, κβαντικοί αριθμοί, ηλεκτρόνια σθένους, περιοδικός πίνακας των χημικών στοιχείων.
• Δεσμοί μεταξύ ατόμων στα στερεά: ιοντικά μεγέθη, ενέργεια και δυνάμεις συνοχής, ομοιοπολικός δεσμός, ιοντικός δεσμός, μεταλλικός δεσμός, δευτερεύοντες δεσμοί, μεικτοί δεσμοί, επίδραση του είδους του δεσμού στις φυσικές ιδιότητες στερεών.
• Θερμικά ενεργοποιούμενες διαδικασίες: Μέση κινητική ενέργεια και θερμοκρασία, θερμική διαστολή, εσωτερική τάση, παραμόρφωση και συντελεστής Young, ελαστική και πλαστική παραμόρφωση, θερμικές ταλαντώσεις και ηλεκτρικός θόρυβος, εξίσωση Arrhenius, διάχυση ατόμων και συντελεστής διάχυσης.
• Κρυσταλλική κατάσταση στερεών: Στοιχεία κρυσταλλογραφίας, κρυσταλλικά συστήματα, τύποι κρυσταλλικών πλεγμάτων, κρυσταλλικές διευθύνσεις και επίπεδα, αλλοτροπία-πολυμορφισμός, ατέλειες κρυστάλλων και οι επιπτώσεις τους στις μηχανικές και ηλεκτρικές ιδιότητες των στερεών, ανάπτυξη μονοκρυστάλλων για την κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (IC) με τη μέθοδο Czochralski, διαγράμματα φάσης για διμερή ευτηκτικά και συγκολλητικά κράματα Pb-Sn.
• Ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα στερεών: Κλασσική θεωρία ηλεκτρικής αγωγής του Drude, ειδική αντίσταση και εξάρτησή της από τη θερμοκρασία σε καθαρά μέταλλα, κανόνες Matthiessen και Nordheim και συντελεστής ειδικής αντίστασης σε μεταλλικά κράματα, φαινόμενο Hall, ηλεκτρική αγωγιμότητα ημιαγωγών και ιοντικών κρυστάλλων, αγωγή και ειδική αντίσταση σε λεπτά μεταλλικά υμένια, θερμική αγωγιμότητα, θερμική αντίσταση, επιδερμικό φαινόμενο.
• Ημιαγωγοί: Ενδογενείς και εξωγενείς ημιαγωγοί, διάγραμμα ενεργειακών ζωνών, ηλεκτρόνια και οπές, αγωγή ηλεκτρισμού στους ημιαγωγούς, εξάρτηση της αγωγιμότητας από τη θερμοκρασία, νόθευση τύπου n και τύπου p, εξίσωση συνέχειας, επαφή Schottky.
• Διατάξεις ημιαγωγών και αρχές λειτουργίας: Επαφή p-n, ορθή και ανάστροφη πόλωσης επαφής p-n, διάγραμμα ζωνών για επαφή p-n, διάσπαση λόγω φαινομένων χιονοστιβάδας και Zener, δίοδοι εκπομπής φωτός (LED), ηλιακά κύτταρα φωτοβολταϊκών διατάξεων, διπολικό τρανζίστορ (BJT), τρανζίστορ επαφής επίδρασης πεδίου (JFET), τρανζίστορ επίδρασης πεδίου μετάλλου-οξειδίου-ημιαγωγού (MOSFET).
• Διηλεκτρικά υλικά και μονωτές: Διπολική ροπή και ηλεκτρονική πόλωση, διαπερατότητα, μηχανισμοί πόλωσης, διηλεκτρική σταθερά και εξάρτησή της από τη θερμοκρασία, διηλεκτρικές απώλειες, διηλεκτρική αντοχή, ανόργανοι και οργανικοί μονωτές, διάσπαση υγρών, αέριων και στερεών μονωτών, διηλεκτρικά υλικά πυκνωτών, πιεζοηλεκτρισμός, σιδηροηλεκτρισμός, πυροηλεκτρισμός.
• Μαγνητικές ιδιότητες υλικών: μακροσκοπικά μαγνητικά μεγέθη, κατηγορίες μαγνητικών υλικών, σιδηρομαγνητισμός-παραμαγνητισμός-διαμαγνητισμός, μαγνήτιση κορεσμού και θερμοκρασία Curie, μαγνητικές περιοχές σιδηρομαγνητικών υλικών, σκληρά και μαλακά μαγνητικά υλικά και χρήσεις τους, παραμαγνητισμός Pauli, υλικά μαγνητικής αποθήκευσης πληροφορίας.

Στόχος του μαθήματος είναι να εφοδιάσει τους προπτυχιακούς φοιτητές με τις απαραίτητες γνώσεις που θα τους επιτρέψουν να κατανοήσουν και να μελετούν τις μακροσκοπικές ιδιότητες της ύλης, τις ηλεκτροστατικές επιδράσεις μεταξύ ηλεκτρονίων και ιοντικών πυρήνων, την κρυσταλλογραφία των στερεών, την ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα των μετάλλων και των ημιαγωγών, τη διηλεκτρική συμπεριφορά των μονωτών και των μαγνητικών ιδιοτήτων των υλικών.
Η θεματολογία του μαθήματος περιλαμβάνει τη μελέτη και ανάλυση: της δομής της ύλης με βάση το μοντέλο στιβάδων του Bohr, των τύπων των δεσμών που αναπτύσσονται μεταξύ ατόμων, των θερμικά ενεργοποιούμενων διαδικασιών που εμφανίζουν συμπεριφορά τύπου Arrhenius, της κρυσταλλικής κατάστασης των στερεών, της θερμικής και ηλεκτρικής αγωγιμότητας των στερεών, των ενδογενών και εξωγενών ημιαγωγών και των εφαρμογών τους στην ηλεκτρονική, των διηλεκτρικών και των μονωτικών υλικών και των εφαρμογών τους, και των μαγνητικών ιδιοτήτων των υλικών που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτροτεχνικές εφαρμογές.

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής /-τρια θα είναι σε θέση να:

• γνωρίζει τη βασική δομή των συστατικών της ύλης με βάση το ατομικό μοντέλο του Bohr και να εξηγεί τις ηλεκτροστατικές επιδράσεις μεταξύ των ηλεκτρονίων και των ιοντικών πυρήνων ενός υλικού,
• γνωρίζει την αλληλεπίδραση και τη δύναμη συνοχής μεταξύ ατόμων, τους τύπους των δεσμών που αναπτύσσονται μεταξύ ατόμων στα στερεά και την επίδραση των δεσμών στις φυσικές ιδιότητες των στερεών,
• μελετάει τις θερμικά ενεργοποιούμενες διατάξεις τύπου Arrhenius και το φαινόμενο της διάχυσης ατόμων, την πλαστική και ελαστική παραμόρφωση των στερεών και τα φαινόμενα της θερμότητας, των θερμικών ταλαντώσεων και του ηλεκτρικού θορύβου,
• γνωρίζει τους τύπους των κρυστάλλων και τις παραμέτρους της κρυσταλλικής δομής των στερεών, τις κρυσταλλογραφικές διευθύνσεις και τα κρυσταλλικά επίπεδα, την αλλοτροπία και τον πολυμορφισμό, τα είδη των ατελειών των κρυστάλλων και την επίδρασή τους στις μηχανικές και ηλεκτρικές ιδιότητες των στερεών, την ανάπτυξη μονοκρυστάλλων με τη μέθοδο Czochralski, τα ισόμορφα και τα διμερή ευτηκτικά και συγκολλητικά κράματα, τη μελέτη των φάσεων και της μικροδομής και των φάσεων των κραμάτων με τη βοήθεια των διαγραμμάτων ισορροπίας φάσεων και του κανόνα του μοχλού.
• γνωρίζει το μηχανισμό της ηλεκτρικής και θερμικής αγωγιμότητας στα στερεά, στους ημιαγωγούς και στους ιοντικούς κρυστάλλους, την ειδική αντίσταση μετάλλων και κραμάτων και την εξάρτησή της από τη θερμοκρασία, την εφαρμογή των κανόνων των Matthiessen και Nordheim στον υπολογισμό της ειδικής αντίστασης των μετάλλων, το φαινόμενο Hall και το επιδερμικό φαινόμενο,
• γνωρίζει τις ιδιότητες και τη συμπεριφορά των ενδογενών και εξωγενών ημιαγωγών, την εξάρτηση των παραμέτρων των ημιαγωγών από τη θερμοκρασία, το μηχανισμό αγωγής του ηλεκτρισμού στους ημιαγωγούς, την αρχή λειτουργίας και τα χαρακτηριστικά των κύριων ημιαγωγικών στοιχείων που χρησιμοποιούνται στην ηλεκτρονική,
• γνωρίζει τα διηλεκτρικά και μονωτικά υλικά και τις εφαρμογές τους, τις βασικές παραμέτρους των διηλεκτρικών για τη μελέτη των ιδιοτήτων και των χαρακτηριστικών τους, το φαινόμενο του πιεζοηλεκτρισμού, του σιδηροηλεκτρισμού και του πυροηλεκτρισμού και να υπολογίζει τις διηλεκτρικές απώλειες, τη διηλεκτρική αντοχή και την τάση διάσπασης υγρών, αερίων και στερεών διηλεκτρικών και μονωτών,
• γνωρίζει τις μαγνητικές ιδιότητες των υλικών, τα μακροσκοπικά μαγνητικά μεγέθη, τις κατηγορίες των μαγνητικών υλικών σε διαμαγνητικά, παραμαγνητικά, σιδηρομαγνητικά, αντισιδηρομαγνητικά και σιδηριμαγνητικά, τις μαγνητικές περιοχές των σιδηρομαγνητικών υλικών, τη μαγνητική διαπερατότητα και το μαγνητικό κορεσμό, τη μαγνήτιση και απομαγνήτιση, το βρόχο υστέρησης και τη σημασία του στα μαγνητικά υλικά, τη διάκριση σε μαλακά και σκληρά μαγνητικά υλικά και τις εφαρμογές τους.

Γραπτή εξέταση 100%

• Ατομική και μοριακή δομή
• Δεσμοί μεταξύ ατόμων στα στερεά
• Θερμικά ενεργοποιούμενες διαδικασίες
• Κρυσταλλική κατάσταση στερεών
• Ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα στερεών
• Ημιαγωγοί: Ενδογενείς και εξωγενείς ημιαγωγοί
• Διατάξεις ημιαγωγών και αρχές λειτουργίας
• Μαγνητικές ιδιότητες υλικών