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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE AGUASCALIENTES
Departamento Académico de Eléctrica y Electrónica
Licenciatura: Ingeniería Electrónica
Asignatura: Física de semiconductores
Clave de la asignatura: ETF-1017
Créditos: 3-2-5
Periodo: Enero - Junio 2011
Descripción
El gran avance en la tecnología de los dispositivos semiconductores ha tenido como consecuencia que la electrónica se aplique
en una gran variedad de circuitos compuestos por estos dispositivos y que realizan incontables tareas en sistemas de
comunicación, computadoras, sistemas de control, instrumentación, telemedición, instrumentación biomédica, robótica, juegos
recreativos entre otros.
Como podrás darte cuenta, el campo de la electrónica cubre muchos aspectos en el mundo actual y para abordar su estudio es
necesario que el ingeniero electrónico conozca los principios, leyes y teorías que desde la ciencia física explican el
comportamiento de los materiales y dispositivos semiconductores así como de sus características, de tal manera que pueda
analizar y evaluar su utilización dentro de un circuito electrónico.
El presente curso te brinda la oportunidad de iniciarte en el estudio de la disciplina que has elegido, te adentrará en el análisis
de los materiales semiconductores y su aplicación en la construcción de dispositivos electrónicos tales como diodos, transistores
bipolares, transistores monopolares y dispositivos especiales de potencia.
Dentro de tu plan de estudios, Física de Semiconductores se encuentra ubicada en el tercer semestre, retoma algunos
conocimientos de los cursos de Química en cuanto a conceptos de la teoría cuántica y estructura atómica, los elementos
químicos y su clasificación y los diferentes enlaces químicos, de Electromagnetismo conceptos de campo eléctrico, diferencia
de potencial, capacitancia. De Cálculo Diferencial y Cálculo Integral aplicaciones de la derivada e integral. A su vez los
aprendizajes que adquieras en éste curso te servirán para las materias de Diodos y Transistores en cuanto a circuitos de
aplicación con diodos, transistores bipolar y unipolar; para Optoelectrónica te ayudará a comprender el funcionamiento de los
distintos transductores optoelectrónicos asimismo para Electrónica de Potencia te proporcionará el funcionamiento de los
dispositivos especiales de potencia.
Objetivos Generales del curso, (competencias específicas a desarrollar en el curso):
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Conocer, analizar e interpretar información referente a los materiales semiconductores y principios de
funcionamiento de los dispositivos semiconductores.
Conocer y comprender los modelos matemáticos del comportamiento de la operación de los dispositivos
semiconductores.
Obtener e interpretar las curvas características de los dispositivos semiconductores, utilizando instrumentos
reales y virtuales.
El contenido temático del curso está dividido en cinco unidades de aprendizaje.
Unidad I: Introducción a la física del semiconductor
Competencia específica a desarrollar:
Analizar el comportamiento eléctrico de los sólidos cristalinos para comprender su interacción con diferentes tipos de energía.
Contenidos
1.1 Descripción de la estructura atómica.
1.2 Niveles de energía.
1.3 Electrones de valencia.
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1.4 Descripción de materiales aislantes, conductores y semiconductores.
1.5 Enlace covalente.
1.6 Corriente en el semiconductor
Unidad II: Unión PN
Competencia específica a desarrollar:
Analizar el comportamiento de la unión P-N en estado estable y transitorio, en polarización directa, y el fenómeno de ruptura en
inversa (avalancha , zener), para su aplicación en circuitos de rectificación, limitadores, recortadores y regulación.
Contenidos
2.1 Materiales semiconductores, (intrínseco, extrínseco).
2.2 Semiconductor P y semiconductor N.
2.3 Unión P-N en estado de equilibrio.
2.3.1 Potencial de contacto.
2.3.2 Campo eléctrico.
2.3.3 Zonas de vaciamiento.
2.3.4 Carga almacenada.
2.3.5 Capacitancia de difusión y transición.
2.4 Condiciones de polarización.
2.4.1 Efecto de potencial de barrera.
2.4.2 Polarización directa.
2.4.3 Polarización inversa.
2.4.4 Características de corriente – voltaje.
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Fenómenos de ruptura.
2.5.1 Ruptura por multiplicación o avalancha.
2.5.2 Ruptura Zener.
Unidad III: Dispositivos de unión
Competencia específica a desarrollar
Conocer el funcionamiento de los dispositivos de unión partiendo de las características de construcción y las diferencias de
diseño para su aplicación posterior en circuitos.
Contenidos
3.1 Diodos.
3.1.1 Diodo.
3.1.2 Diodo Zener.
3.1.3 Diodo Túnel.
3.1.4 Diodo varactor.
3.1.5 Diodo Pin.
3.1.6 Diodo Schottky.
3.2 Dispositivos ópticos.
3.2.1 Fotodiodo.
3.2.2 Diodo emisor de luz.
3.2.3 Diodo láser.
3.2.4 Celda fotovoltaica.
3.2.5 Fotoresistor
Unidad IV: Dispositivos bipolares y monopolares
Competencia específica a desarrollar
Analizar: construcción, características y comportamiento eléctrico de los dispositivos bipolares y unipolares para su aplicación
en circuitos electrónicos.
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Contenidos
4.1 Dispositivos bipolares.
4.1.1 Parámetros de corriente (alfa y beta); corriente de fuga.
4.1.2 Funcionamiento del transistor bipolar BJT.
4.1.3 Curvas características y regiones de operación.
4.1.4 Configuraciones básicas (BC, EC,CC).
4.1.5 Aplicaciones básicas.
4.2 Dispositivos unipolares.
4.2.1 Parámetros eléctricos (VP, VGS, IDSS, ID, transconductancia).
4.2.2 Funcionamiento del JFET.
4.2.3 Funcionamiento del MOSFET.
4.2.4 Configuraciones básicas
4.2.5 Aplicaciones básicas.
Unidad V: Dispositivos Especiales
Competencia específica a desarrollar
Identificar los dispositivos que forman la familia de los tiristores.
Analizar y comprender el comportamiento eléctrico de los tiristores.
Contenidos
5.1 Familia de tiristores (SCR, DIAC, TRIAC).
5.2 UJT y PUT.
5.3 MOSFET de potencia.
5.4 IGBT.
5.5 GTO
Metodología
El desarrollo del curso se llevará a cabo con tu participación activa así como la de tus compañeros y maestro. El papel del
docente consistirá en orientar, guiar y propiciar situaciones que te conduzcan a ti y a tus compañeros a adquirir el aprendizaje
de los contenidos de la asignatura.
Por lo que tu tarea consistirá en involucrarte de una manera dinámica en las actividades propuestas por el maestro, que te
ayudaran a analizar, diferenciar y explicar el comportamiento de los semiconductores y su aplicación en los dispositivos
electrónicos.
El curso se realizará del 31 de enero al 10 de junio de 2011, se contará con tres horas teóricas y dos prácticas cubriendo un total
de 5 horas por semana.
Evaluación
Con el fin de evaluar el logro de las competencias específicas y competencias genéricas marcadas por el plan de estudios y
retroalimentar de manera continua el proceso de enseñanza y aprendizaje desarrollado en el curso, se efectuará al inicio de
éste, una evaluación diagnóstica seguida evaluaciones formativas y sumarias durante y al final de cada unidad respectivamente.
Además se acompañará de la técnica de evaluación Portafolio de Evidencias el cual tendrá como finalidades:
1.
Para el docente como una técnica de evaluación de la asignatura, que integre los instrumentos de evaluación
necesarios para dar cuenta del aprendizaje logrado por el alumno y el grado de adquisición de las competencias
marcadas en el plan de estudios y asimismo sustente la calificación lograda en el curso.
2.
Para el alumno como una técnica de evaluación de su proceso de aprendizaje, que le proporciona un espacio de
autorreflexión del proceso seguido, de sus aciertos, desaciertos dificultades y forma en que se superaron y logros
alcanzados con relación al aprendizaje alcanzado.
El portafolio integrará una colección organizada de trabajos realizados por el alumno (evidencias) en las distintas unidades de
aprendizaje que comprende el plan de estudios de la materia y que reflejan su rendimiento y grado de adquisición de las
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competencias a desarrollar en cada respectiva unidad. Parte fundamental de los trabajos y productos mostrados por el alumno
es la reflexión que de los mismos realice y de la metacognición del proceso de aprendizaje seguido, y el grado de adquisición de
las competencias por lo que cada unidad será acompañado con la respuesta a preguntas planteadas por el docente y cuya
intención es orientar el proceso metacognitivo del alumno.
Al inicio de cada unidad el docente te informará sobre la planeación de la evaluación de la unidad, los productos a entregar
(evidencias) e integrar dentro del portafolio de evidencias y los instrumentos de valoración correspondientes y te indicará las
fechas de entrega.
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Ya que es muy importante tu participación en las sesiones de clase, es requisito contar con un 90 % de asistencia a las
clases programadas para cada unidad.
La falta de entrega de una de las evidencias en los tiempos establecidos no permitirá la acreditación de la unidad.
Bibliografía
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http//jas.eng.buffalo.edu/education
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Elaboración del programa: Maricela Azuara Dueñas
Documento de referencia: Plan de estudios de la carrera de Ingeniería Electrónica 2010
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