Download Tecnología de Componentes y Dispositivos Electrónicos y Fotón

Tecnología de Componentes y Dispositivos
Electrónicos y Fotónicos
Primer Curso Ingeniería de Telecomunicación
Grupo de Tecnología Electrónica
Dpto. de Ingeniería de Sistemas y Automática
Universidad de Sevilla
Revisión: Octubre 1993
PROFESORADO
Miguel Angel Aguirre Echanove.
Carlos Janer Jiménez.
Antonio Jesús Torralba Silgado.
Francisco Colodro Ruiz.
RESEÑA METODOLOGICA
La asignatura representa una introducción a los principales dispositivos y componentes electrónicos y
fotónicos y proporciona la base necesaria para las asignaturas de segundo y tercer curso denomindas
Circuitos Electrónicos y Sistemas Digitales. Consta de 6 horas semanales, de las cuales tres son de teoría,
una de problemas y dos de laboratorio.
En las clases teóricas se presentan los principios de funcionamiento de los dispositivos electrónicos y
fotónicos, sus modelos, tecnologías de fabricación y principales aplicaciones. Se presentan los circuitos
electrónicos básicos y se realiza una introsucción a los circuitos integrados. En las clases de problemas se
desarrollan ejemplos prácticos de los conceptos anteriomente expuestos.
En el laboratorio el alumno utiliza los programas de simulación PC-1D y Spice. Realiza distintos
experimentos relacionados con los temas de la asignatura y diseña y realiza un proyecto de asignatura
utilizando software de diseño de circuitos electrónicos.
EVALUACION Y CALIFICACION
Se realizarán dos exámenes parciales liberatorios de materia respecto a la convocatoria de Junio. El primer
parcial se realizará a finales de Enero o principios de Febrero y comprenderá hasta el diodo
metal--semiconductor.
Los exámenes constarán de dos partes: una teórica, destinada a evaluar el conocimiento y comprensión de
los conceptos de la asignatura y otra, dedicada a problemas mediante la cual se evaluará la capacidad del
alumno para emplear los métodos y técnicas desarrollados.
Para la superación de los exámenes será necesario obtener una nota mínima en cada una de estas partes
que estará en torno a un tercio de la nota máxima de dicha parte. Superados estos mínimos, el exámen se
aprobará con una nota igual o superior a 5.0 puntos. Los parciales no se compensan.
Para aprobar la asignatura será condición indispensable haber realizado con aprovechamiento todas las
prácticas de la asignatura y haber presentado y defendido el proyecto de la asignatura. Un alumno que
haya aprobado los exámenes de la asignatura podrá mejorar su nota final mediante una realización y
presentación esmerada de los trabajos prácticos.
PROGRAMA
1. Enlace y Bandas de Energía . Materiales semiconductores. Estructura cristalina. Modelos atómicos.
Bandas de energía.
2. Concentración de Portadores . Masa efectiva. Equilibrio térmico. Ley de acción de masas. Nivel de
Fermi. Concentración de portadores intrínsecos y extrínsecos.
3. Fenómenos de Transporte en los Semiconductores I . Portadores libres. Corriente de arrastre.
Corriente de difusión. Efecto Hall.
4. Fenómenos de Transporte en los Semiconductores II . Recombinación y generación. Ecuación de
continuidad.
5. La Unión P-N . Formación de la unión. La unión -- en equilibrio térmico. La aproximación de la
deserción.
6. La Unión P-N Inversamente Polarizada . Polarización de la unión. Capacidad de transición. Ruptura
de la unión.
7. La Unión P-N Directamente Polarizada . Inyección de portadores minoritarios. Aproximación de la
difusión. Característica tensión--corriente en continua. Capacidad de difusión. Modelo de pequeña
señal. Efectos secundarios. El diodo en circuito integrado.
8. El Transistor Bipolar. Funcionamiento . Funcionamiento del transistor bipolar. Características
estáticas. Expresiones de las componentes de la corriente y ganancias. El modelo de Ebers--Moll.
9. El Transistor Bipolar. Limitaciones y Modelos . Efecto Early. Efecto a polarizaciones altas y bajas
de emisor. Tiempo de tránsito en la base. Modelo de control de carga. Modelo de pequeño señal. El
transistor bipolar en circuitos integrados.
10. El Transistor Bipolar. Polarización y Circuitos Básicos .
11. La Unión Metal--Semiconductor . Diagramas de bandas de la unión rectificadora. La unión en
equilibrio térmico. La unión polarizada. Abatimiento de la barrera de Schottky. Característica
tensión--intensidad. Contactos no rectificadores (óhmicos). El diodo rectificador Schottky.
12. Transistores de Efecto de Campo JFET y MESFET . Descripción y funcionamiento del JFET.
Característica tensión--intensidad. Modelo de pequeña señal. El MESFET. JFET y MESFET de
enriquecimiento. Comparación con el transistor bipolar.
13. La Capacidad MOS . La estructura MOS. Análisis de la estructura MOS. La región de inversión.
Capacidad de peuqeña señal. La estructura MOS de tres terminales.
14. El Transistor MOSFET . Descripción y funcionamiento. Análisis del transistor MOS. Modelo de
pequeña señal. Fabricación del transistor MOS. Movilidad efectiva en la capa de inversión.
Transistor MOS con implantación iónica. Efectos de canal corto. Reglas de escalado de transistores
MOS.
15. El Transistor MOSFET. Polarización y Circuitos Básicos .
16. Células Solares . Absorción optica en un semiconductor. Efecto fotovoltaico y rendimiento de
conversión. Rendimiento de colección. Selección del material y consideraciones de diseño. Células
solares de Silicio amorfo.
17. Fotodetectores . Fotoconductores. Diodos . Fotodiodos de avalancha (APD). Fototransistores.
18. Fotoemisores . Electroluminiscencia. Diodos LED. El láser de inyección.
RELACION DE PRACTICAS DE LABORATORIO
1. Circuitos RC. Análisis de transitorios.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Circuitos RC. Detección de picos.
El diodo. Concentración de portadores.
El diodo rectificador. Rectificador de media onda.
El diodo rectificador. Rectificador de onda completa.
El transistor bipolar. Parámetros físicos.
Polarización del BJT. Uso como amplificador.
Fuente de alimentación estabilizada.
Transistor MOS. Determinación de parámetros.
BIBLIOGRAFIA
Bibliografía Básica
Apuntes de la Asignatura Tecnología de Componentes y Dispositivos Electrónicos y Fotónicos.
A.J.Torralba, J.M.Quero.
Dpto. Ingeniería Electrónica, de Sistemas y Automática.
ETSII de Sevilla, 1992.
Microelectronic Devices .
E.S.Yang, McGraw--Hill, 1988.
Operation and Modelling of the MOS Transistor.
Y.P.Tsividis, McGraw--Hill, 1987.
Problemas Resueltos de Electrónica de Dispositivos .
G.L.Araujo, J.M.Ruiz, G.Sala, J. Sangrador. Departamento de Publicaciones de la ETSIT de
Madrid, 1981.
Analog and Digital Techniques for VLSI CIrcuits.
Geiger, Allen Strader. McGraw--Hill, 1990.
Consulta
Physics of Semiconductor Devices,
2nd Ed. S.M.Sze. John Wiley Sons, 1981.
Device Electronics for Integrated Circuits,
2nd Ed. R.S.Muller, T.I.Kamins. John Wiley Sons, 1986. (La primera edición está traducida al
castellano por Limusa en 1982.
Física de los Dispositivos Electrónicos,
Vol. I, II . G.L.Araujo, G.Sala, J.M.Ruiz. Servicio de Publicaciones de la ETSIT de Madrid, UPM,
1986.
Physics of Semiconductor Devices.
M. Schur. Prentice--Hall Int., 1990.
Otra bibliografía
Introducción a la Física de los Semiconductores .
R.B.Adler, A.C.Smith, R.L.Longini. Vol I de la colección SEEC. Ed. Reverté, 1971--72. (1966 para
la versión original).
Electrónica Física y Modelos de Circuitos de Transistores.
P.E.Gray, D.DeWitt, A.R.Boothroyd, J.F.Gibbons. Vol II de la colección SEEC. Ed. Reverté,
1971--72. (1966 para la versión original).
Solid State Electronics.
2nd. Ed. B.G.Streetman, Prentice--Hall, 1980.
Electrónica Física y Microelectrónica .
L.Rosado, Ed. Paraninfo, 1987.
GaAs Technology and its impact on Circuits and Systems .
D.Haigh, J.Everard, Peter Peregrinus Ltd., IEE 1989.
High--Speed Semiconductor Devices.
Ed. S.M.Sze. John Wiley Sons, 1990.