Activos-MHC - Escuela de Ingeniería Electrónica

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
II SEMESTRE 2007
Curso:
Código:
Tipo de curso:
Créditos:
Horas por semana:
Requisito:
Correquisito:
Suficiencia:
Asistencia:
Profesor:
Elementos Activos
EL-2207
Teórico
4
4
EL-2113 (Circuitos Eléctricos en Corriente Continua)
EL-2107 (Laboratorio de Circuitos Eléctricos en C.C.)
EL-2114 (Circuitos Eléctricos en Corriente Alterna)
SÍ
Obligatoria
Ing. Marvin Hernández Cisneros, grupo 02
PROGRAMA DEL CURSO
DESCRIPCIÓN:
Este curso cubre la teoría básica de los semiconductores y los dispositivos
activos semiconductores más importantes, a saber, la unión PN, diodos, los
transistores MOSFET y bipolares y sus aplicaciones. Adicionalmente se da una
introducción al proceso de fabricación de circuitos integrados CMOS y el flujo de backend.
1. OBJETIVO GENERAL
En este curso se pretende que el estudiante logre un conocimiento de la teoría
básica de dispositivos con semiconductores, sus curvas características, modelos
matemáticos, análisis y diseño de circuitos en que son empleados, así como nociones
básicas del proceso de fabricación de circuitos integrados CMOS y del flujo de backend.
2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
2.1. Explicar a nivel electrónico y utilizando fundamentos de la física del
semiconductor
el
funcionamiento
de
los
siguientes
dispositivos
semiconductores: diodos, transistores MOSFET y bipolar.
2.2. Interpretar correctamente el funcionamiento de un dispositivo (diodo, transistor,
etc.) a partir de sus curvas características y hojas de datos.
2.3. Aplicar técnicas de análisis y diseño en circuitos constituidos por diodos y
transistores.
2.4. Analizar circuitos constitutivos básicos basados en la aplicación de diodos y
transistores.
2.5. Aplicar la teoría de conducción de calor para el cálculo de disipadores.
2.6. Conocer los principios de fabricación de circuitos integrados CMOS.
2.7. Aplicar técnicas básicas de layout y principios básicos del flujo back-end.
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
II SEMESTRE 2007
3. CONTENIDO
3.1 Semiconductores:
(1.5 semanas)
3.1.1 Conceptos básicos: niveles de energía, cristal, bandas de conducción,
valencia, nivel de Fermi, ecuación estadística de Fermi-Dirac
3.1.2 Clasificación de los materiales de acuerdo con la conducción eléctrica:
semiconductores, aislantes y metales
3.1.3 Semiconductores intrínsecos y extrínsecos, dopado, el concepto de hueco,
corriente de huecos, generación y recombinación
3.1.4 Modelo de bandas de energía: nivel de Fermi, afinidad electrónica, función
de trabajo, nivel de vacío, concentración de portadores de carga en función de la
energía, deformación de bandas
3.1.5 Transporte de portadores de carga: movilidad, conductividad, corriente de
difusión, corriente de arrastre, relación de Einstein
3.2 Contactos metal-semiconductor y semiconductor-semiconductor (1 sem.)
3.2.1 Contacto metal-semiconductor (contacto Shottky y contacto óhmico)
3.2.2 La unión PN
3.2.3 Unión con polarización directa.
3.2.4 Unión con polarización inversa, corriente inversa y su dependencia con la
temperatura.
3.2.5 Zona de agotamiento y voltaje de difusión.
3.3 El diodo: (1.5 semanas)
3.3.1 Modelo del diodo real.
3.3.2 Línea de carga y punto de operación, resistencia estática y dinámica.
3.3.3 Circuitos de aplicación
3.3.4 Diodo Zener
3.4 El transistor de efecto de campo MOSFET y la tecnología CMOS (6 sems.)
3.4.1 Construcción, símbolo, clasificación.
3.4.2 Funcionamiento.
3.4.3 Curvas características y polarización.
3.4.4 Modelo del MOSFET para aplicaciones analógicas.
3.4.5 Modelo del MOSFET para aplicaciones digitales.
3.4.6 Capacitancias internas y modelos de alta frecuencia.
3.4.7 Aplicaciones: El MOSFET como interruptor: interruptor serie, paralelo,
circuito muestreador, circuito multiplexor.
3.4.8 Inversor lógico y compuertas lógicas básicas.
3.4.9 Escalamiento de MOSFETs
3.5 Principios de fabricación de circuitos integrados (2.5 semanas)
3.5.1 El proceso de fabricación CMOS: materiales, técnicas y flujo de
fabricación, prevención de latch-up
3.5.2 Integración de elementos pasivos, capacitores conmutados para
integración de resistencias.
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II SEMESTRE 2007
3.5.6 Principios de layout e introducción al flujo de back-end
3.6 El transistor bipolar BJT: (2.5 semanas)
3.6.1 Construcción, símbolo y funcionamiento.
3.6.2 El modelo de Ebers-Moll
3.6.3 Curvas características y polarización.
3.6.4 Obtención de Parámetros tales como: resistencia de entrada, resistencia
de salida, ganancia de corriente, transconductancia, del transistor a partir
de sus curvas características.
3.6.5 El BJT como interruptor
3.6.7 Integración de BJTs en procesos de fabricación CMOS
4. METODOLOGÍA
Clases magistrales, complementadas con actividades individuales y grupales, que
involucren al estudiante en el análisis y aplicación de los métodos vistos en clase.
5. EVALUACIÓN
I examen:
(semana 5)
II examen:
(semana 11/12)
III examen:
(semana de exámenes)
35 %
35 %
30 %
6. HORARIO DEL CURSO Y CONSULTA
Horario: Lunes, 7:30 a 9:20, F5-02; Viernes, 7:30 a 9:20, F5-02
Consulta: Miércoles , 15:00 a 17:00, Oficina #46
7. NORMATIVA ADICIONAL
Durante el desarrollo de las lecciones se deberá tener apagado o en silencio,
cualquier dispositivo de comunicación (teléfono móvil, radio localizador y/o radio
comunicador).
8. BIBLIOGRAFÍA
 R. Jaeger, T. Blablock. Diseño de circuitos microelectrónicos. Segunda Edición.
Mc. Graw-Hill
 Sedra, K. Smith. Circuitos Microelectrónicas. Segunda Edición. Mc. Graw-Hill
 R. Pierret. Fundamentos de Semiconductores. Colección Temas Selectos de
Ingeniería. Adisson-Wesley Iberoamericana
 G. Neudeck. El diodo PN de unión. Colección Temas Selectos de Ingeniería.
Adisson-Wesley Iberoamericana
 R. Pierret. Dispositivos de efecto de campo. Colección Temas Selectos de
Ingeniería. Adisson-Wesley Iberoamericana
 G. Neudeck. El transistor bipolar de unión. Colección Temas Selectos de
Ingeniería. Adisson-Wesley Iberoamericana
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