Download FISI 4177

Universidad de Puerto Rico
En Humacao
Departamento de Física y Electrónica
Programa de Bachillerato en Física Aplicada a la Electrónica
A. Título:
FÍSICA DE DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES
B. Codificación del Curso:
• FISI 4177
C. Número de horas Crédito:
•
•
Para el profesor 3 créditos
Para el estudiante 3 créditos
D. Prerrequisitos, correquisitos y otros requerimientos:
• Prerrequisitos
i. FISI 4068 y MATE 3062
E. Descripción:
Este es un curso de nivel intermedio en el cual de discuten las aplicaciones de la
física de estado sólido al diseño, construcción y operación de artefactos
semiconductores tales como varios tipos de transistores, artefactos optoelectrónicos transductores y otros.
F. Objetivos del curso
1.
Discutir la teoría en la cual se basa el funcionamiento de los artefactos
semiconductores.
2.
Familiarizar al estudiante con el diseño y funcionamiento de estos
artefactos.
G. Bosquejo del contenido y distribución de tiempo:
Tema
Electrones en Átomos
Electrones en Cristales
enlaces químicos
niveles de energía en cristales
conducción eléctrica
intrínseca
impurezas y semiconductores extrínsecos
el gas de electrones
Tiempo
1
8
FISI 4177
Física de Dispositivos Semiconductores
Página 2 of 6
media vía libre, difusión
el factor de Boltzmann
estadísticas de electrones huecos
semiconductores intrínsecos
semiconductores tipo n y p
portadores mayoritarios y minoritarios
semiconductores degenerados y metales
efectos termales, dispersión por el retículo y movilidad
propiedades de transporte electrónico
recombinación y vida media
portadores en exceso
difusión de portadores minoritarios
Contactos entre materiales y unions p-n
potencial de contacto
interfase metal-semiconductor (Schottky), característica I-V
efectos termoeléctricos
la unión p-n
equilibrio (cero “bias”), y “bias” hacia delante
quasi niveles Fermi
efectos termales en el diodo
circuitos equivalentes
región de ausencia de carga unión abrupta
capacitancia en la unión
uniones graduales
mecanismos de rompimiento en reverso
avalanche
Zener
Transistores bipolares de unión
el transistor
eficiencia del emisor ( )
factor de transporte de la base ( )
componentes de la corriente de la base
características D.C. del transistor
características de configuración con base común
el transistor de unión, plano
distribución de exceso de carga en la base
cambios en con corriente del colector
características de configuración con emisor común
rompimiento
el modelo de Ebers y Moll
operación de un transistor, interruptor
respuesta transiente
4
5
FISI 4177
Física de Dispositivos Semiconductores
Página 3 of 6
operación con señales bajas
parámetros, transconductancia (gm), resistencia de insumo
(rbe) etc
producto, ganancias y ancho de banda
Artefactos para potencias medianas, El tiristor
teoría de operación
construcción
respuesta transiente
transistor programmable de unión única
Artefactos Optoelectrónicos
unidades de iluminación
absorpción de luz en semiconductores
fotodetectores
celdas fotoconductivas
fotodiodo de unión p-n y fototransistor
celdas solares
fotodiodo p-i-n
fotodiodo de avalanche
diodo que emite luz
aisladores acoplados ópticamente
cristales líquidos
Fundamentos de LASER
coeficientes de radiación de Einstien
aplicación de emisión estimulada
inversion de población
coherencia de la emission
laser de Rubí
fragmentador de Q
laser de gas helio-néon
modos espaciales
el diodo lasaer (laser de inyección)
laser de hetero estructura
fibras ópticas y comunicaciones
Transistores de efecto de campo y artefactos de transferencia de
carga
el transistor de efecto de campo con portón (gate) de unión
(JFET)
características teóricas del JFET
transistor de efecto de campo del tipo metal-óxido-silicio
(MOSFET)
características teóricas del MOSFET
el MOSFET vertical
2
4
4
8
FISI 4177
Física de Dispositivos Semiconductores
Página 4 of 6
invertidor MOSFET
voltaje del substrato
el invertidor CMOST
artefactos de transferencia de carga (CCD)
artefacto de transferencia de carga con canal el la superficie
artefacto de transferencia de carga con canal enterrado
(BCCD)
la brigade de cubos (BBD)
aplicaciones
Circuitos Integradores (IC)
fabricación de IC monolíticos
formación de ventanas
capas enterradas
capas epitaciales
difusión de la aislación
difusión de base y emisor
contactos metálicos e interconexiones
difusión de impurezas durante fabricación
difusión de fuentes constants (erfc)
difusión de fuentes limitadas (gaussiana)
formación de uniones
transistores bipolares integrados
diodos integrados
resistancias integradas
condensadores integrados
transistores MOS
transistores MOS complementarios del tipo silicio en safiro
circuitos intergrados digitales
lógica de transistor-transistor (TTL)
lógica CMOS
circuitos lógicos de inyección integrada
circuitos lógicos acoplados por el emisor
IC lineares
H. Estrategias instruccionales
• Conferencias
• Discusión
• Asignación de tareas
I. Recursos de aprendizaje:
• Conferencia:
i. Presenta los objetivos del tema
6
•
•
FISI 4177
Física de Dispositivos Semiconductores
Página 5 of 6
ii. Expone aspectos fundamentales de cada tema
iii. Resuelve uno o varios ejemplos
iv. Ofrece una explicación de la estrategia de resolución de problemas y
la escribe en la pizarra.
Discusión:
i. Se asigna problemas similares a los de la clase
ii. El profesor guía para que se apliquen las estrategias de resolución de
problemas.
iii. Un estudiante explica el problema resuelto en la pizarra con la
supervisión del profesor.
Asignación de tareas:
i. Se asignan problemas del libro recomendado u otra referencia como
tarea
ii. Se recomienda o se asigna la simulación en la resolución del
problema utilizando programados de simulación disponibles en los
laboratorios.
J. Estrategias de evaluación:
FIS I 4177
M áximo de tres (3) exámenes parciales
A signaciones especiales
P ruebas cortas
E xam en Final
Total
Tabla 1: Evaluación
%
70
10
10
10
100
K. Sistema de calificación
PORCIENTO
NOTA
100%
88%
A
87%
76%
B
75%
60%
C
59%
50%
D
49%
0%
F
Tabla 2: Sistema de Calificación
L. Bibliografía
1. Simon M. Sze, Semiconductor Devices: Physics and Technology, 2nd Edition,
John Wiley and Sons (2001).
FISI 4177
Física de Dispositivos Semiconductores
Página 6 of 6
th
2. Charles Kittel, Introduction to Solid State Physics, 8 Edition, John Wiley and
Sons (2004).
M. Derechos del estudiante con impedimentos
La UPR-H cumple con las leyes ADA (Americans with Disabilities Act) y 51
(Servicios Educativos Integrales para Personas con Impedimentos) para
garantizar igualdad en el acceso a la educación y servicios. Estudiantes con
impedimentos: informe al profesor de cada curso sobre sus necesidades
especiales y de acomodo razonable para el curso y visite la oficina de Servicios
para la Población con Impedimentos (SERPI) a la brevedad posible. Se
mantendrá la confidencialidad.