Dispositivos Semiconductores
Código: 106815 Créditos ECTS: 6| Titulación | Tipo | Curso |
|---|---|---|
| Nanociencia y Nanotecnología | OB | 3 |
Contacto
- Nombre:
- Xavier Oriols Pladevall
- Correo electrónico:
- xavier.oriols@uab.cat
Idiomas de los grupos
Puede consultar esta información al final del documento.
Prerrequisitos
Se requieren conocimientos básicos de:
- Electrostática básica (conceptos de campo, potencial eléctrico, etc.). Se recomienda haber aprobado la asignatura Física General.
- Matemáticas (números complejos, ecuaciones diferenciales básicas, etc.). Se recomienda haber aprobado las asignaturas de primero y segundo curso de matemáticas.
- Mecánica cuántica (ecuación de Schrödinger independiente del tiempo). Se recomienda haber aprobado la asignatura Fenómenos Cuánticos I.
- Cristalografía (periodicidad de la red, celda primitiva, espacio real y espacio recíproco). Se recomienda haber aprobado la asignatura Cristalografía.
- Teoría de circuitos (análisis de circuitos lineales con resistencias, condensadores e inductancias). Es muy recomendable haber aprobado la asignatura Instrumentación Electrónica.
- Programación básica (Matlab o Python para encontrar los estados propios y valores propios de una matriz). Se recomienda haber aprobado la asignatura Herramientas Informáticas y de Programación.
Objetivos y contextualización
Los objetivos principales son:
- Comprender las características del estado sólido: estructuras periódicas, estados electrónicos y bandas de energía, vibraciones de la red (fonones).
- Adquirir comprensión y dominio de los principios físicos del transporte electrónico en semiconductores, así como de los dispositivos electrónicos más comunes y de sus tecnologías de fabricación.
- Relacionar el rendimiento de los dispositivos, su funcionamiento en circuitos y los procesos de fabricación mediante modelos físicos analíticos, simulaciones numéricas, modelos compactos y soluciones circuitales.
Resultados de aprendizaje
- CM16 (Competencia) Aplicar los conocimientos físicos a la resolución de problemas en la nanoescala
- CM17 (Competencia) Proponer soluciones a problemas del ámbito de la nanotecnología relacionando las prestaciones de materiales y dispositivos con sus procesos de fabricación.
- KM28 (Conocimiento) Describir las leyes físicas fundamentales que permiten entender el funcionamiento básico y las aplicaciones de los principales dispositivos semiconductores.
- SM25 (Habilidad) Diseñar dispositivos electrónicos básicos, seleccionado la tecnología de fabricación adecuada a las especificaciones eléctricas deseadas.
- SM26 (Habilidad) Utilizar técnicas de caracterización y de simulación para investigar las prestaciones de los dispositivos electrónicos.
- SM28 (Habilidad) Reunir, sintetizar y presentar resultados y conclusiones de publicaciones científicas.
Contenido
Tema 1. Física del estado sólido
1.1 Cuantización de la energía en sistemas simples
1.2 Teorema de Bloch. Estructura de bandas E-k en sistemas periódicos. Masa efectiva
1.3 Vibraciones de la red. Fonones
Tema 2. Transporte electrónico en semiconductores
2.1 Estructura de bandas: aislantes, metales y semiconductores
2.2 Sistemas en equilibrio y fuera de equilibrio. Estadística de Fermi
2.3 Estructura de bandas E-x en dispositivos. Cargas y campos eléctricos
2.4 Modelo semiclasico de conducción: corriente de deriva y difusión
Tema 3. Diodo de unión PN
3.1 Electrostática de la unión PN en equilibrio
3.2 Unión PN fuera de equilibrio. Corrientes
3.3 LEDs, láseres semiconductores, diodos PIN y células solares
3.4 Aplicaciones básicas en circuitos con diodos
Tema 4. Transistor MOSFET
4.1 Estructura y funcionamiento del transistor MOSFET
4.2 Tipos de transistores y curvas corriente-tensión
4.3 Aplicaciones básicas en circuitos: puertas lógicas, amplificadores, circuitos CMOS
Tema 5. De la microelectrónica a la nanoelectrónica
5.1 More Moore. Escalado del MOSFET. Dieléctricos de alta K. Efectos de canal corto
5.2 Más allá del CMOS: Dispositivos túnel, puntos cuánticos, grafeno, electrónica molecular, tecnologías cuánticas
Actividades formativas y Metodología
| Título | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|
| Tipo: Dirigidas | |||
| Clases magistrales | 30 | 1,2 | CM16, CM17, KM28, SM25, CM16 |
| Seminarios de problemas | 15 | 0,6 | CM16, CM17, KM28, SM25, SM26, SM28, CM16 |
| Sesiones de laboratorio | 15 | 0,6 | SM25, SM26, SM28, SM25 |
| Tipo: Supervisadas | |||
| Tutorias | 5 | 0,2 | CM16, CM17, KM28, SM25, SM26, SM28, CM16 |
| Tipo: Autónomas | |||
| Estudio | 27 | 1,08 | CM16, CM17, KM28, SM25, SM26, SM28, CM16 |
| Preparacion de sesiones de laboratorio | 20 | 0,8 | CM16, CM17, KM28, SM25, SM26, CM16 |
| Resolucion de problemas | 20 | 0,8 | CM16, CM17, KM28, SM25, SM26, SM28, CM16 |
Actividades dirigidas
- Clases magistrales: El profesor explicará los temas usando (i) apuntes en pantalla disponibles previamente en el campus virtual, y (ii) ejercicios o explicaciones complementarias en la pizarra.
- Seminarios de problemas: El profesor resolverá problemas de ejemplo.
- Sesiones de laboratorio: Antes de cada sesión, el estudiante deberá preparar y entregar un informe previo (en inglés). Al finalizar la sesión, entregará un informe final (en inglés) realizado durante la práctica.
Actividades supervisadas
- Tutorías: Fuera del horario de clases, el alumno podrá consultar con el profesorado de teoría, problemas o prácticas cualquier duda. Se recomienda hacer uso de este recurso.
Actividades autónomas
- Estudio: Es necesario el estudio autónomo de cada tema.
- Resolución de problemas: Se recomienda que el alumno intente resolver los ejercicios antes de clase.
Preparación del laboratorio: Como se ha mencionado, se debe entregar un informe previo antes de cada sesión práctica.
Nota: se reservarán 15 minutos de una clase dentro del calendario establecido por el centro o por la titulación para que el alumnado rellene las encuestas de evaluación de la actuación del profesorado y de evaluación de la asignatura o módulo.
Evaluación
Actividades de evaluación continuada
| Título | Peso | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|---|
| Sesiones de laboratorio de cada tema | 30% | 10 | 0,4 | SM25, SM26, SM28 |
| 1er examen parcial | 35% | 4 | 0,16 | CM16, CM17, KM28, SM25, SM26, SM28 |
| 2o examen parcial | 35 | 4 | 0,16 | CM16, CM17, KM28, SM25, SM26, SM28 |
Evaluación continua
La asignatura se evaluará mediante dos exámenes parciales escritos, prácticas y problemas guiados, con los siguientes porcentajes:
- 1er examen parcial escrito: 35% de la nota final
- 2º examen parcial escrito: 35% de la nota final
- Prácticas de cada tema: 30% de la nota final
Es necesario aprobar las tres partes con una calificación mínima de 5. En caso de suspender alguno de los dos parciales, se podrá recuperar en el examen final:
- Examen final escrito (recuperación): 70% de la nota final
Evaluación única
El alumnado que opte por esta modalidad realizará una prueba final que consistirá en un examen teórico y de problemas de toda la asignatura. Esta prueba se realizará el mismo día que el segundo parcial de la evaluación continua. La calificación de este examen representará el 70% de la nota final.
Si la nota del examen final es inferior a 5, el estudiante podrá presentarse a la recuperación en la fecha fijada por la coordinación de la titulación. La parte práctica no es recuperable. Las prácticas son obligatorias y los estudiantes en evaluación única deben asistir y entregar los trabajos como los alumnos de evaluación continua.
Bibliografía
Bibliografía básica
- C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, John Wiley & Sons
- N. W. Ashcroft & N. D. Mermin, Solid State Physics, Saunders College
- L. Prats Viñas & J. Calderer Cardona, Dispositivos electrónicos y fotónicos. Fundamentos, Edicions UPC, 2001
- P. Horowitz & W. Hill, The Art of Electronics, Cambridge University Press (1989)
Bibliografía complementaria – Dispositivos electrónicos
(Modular Series on Solid State Devices, Addison-Wesley)
- R. F. Pierret, Semiconductor Fundamentals (1988) / Fundamentos de semiconductores (1994)
- G. W. Neudeck, The PN Junction Diode (1989) / El diodo PN de unión (1993)
- G. W. Neudeck, The Bipolar Junction Transistor (1989) / El transistor bipolar de unión (1994)
- R. F. Pierret, Field Effect Devices (1990) / Dispositivos de efecto de campo (1994)
Bibliografía complementaria – Dispositivos nanoelectrónicos
- Rainer Waser (Ed.), Nanoelectronics and Information Technology, Wiley-VCH
Recursos web
Software
Se utilitzará el programa PSPICE para la simulación de circuitos
Grupos e idiomas de la asignatura
La información proporcionada es provisional hasta el 30 de noviembre de 2025. A partir de esta fecha, podrá consultar el idioma de cada grupo a través de este enlace. Para acceder a la información, será necesario introducir el CÓDIGO de la asignatura
| Nombre | Grupo | Idioma | Semestre | Turno |
|---|---|---|---|---|
| (PAUL) Prácticas de aula | 1 | Inglés | primer cuatrimestre | tarde |
| (PLAB) Prácticas de laboratorio | 1 | Inglés | primer cuatrimestre | manaña-mixto |
| (PLAB) Prácticas de laboratorio | 2 | Inglés | primer cuatrimestre | manaña-mixto |
| (PLAB) Prácticas de laboratorio | 3 | Inglés | primer cuatrimestre | manaña-mixto |
| (TE) Teoría | 1 | Inglés | primer cuatrimestre | tarde |