Teoría Avanzada de Semiconductores

FORMATO OFICIAL DE MICRODISEÑO
CURRICULAR
FACULTAD:
INGENIERIA
PROGRAMA: INGENIERIA ELECTRONICA
1. IDENTIFICACIÓN DEL CURSO
NOMBRE DEL CURSO: TEORÍA AVANZADA DE SEMICONDUCTORES
CÓDIGO:
45558
No. DE CRÉDITOS ACADÉMICOS:
3
REQUISITOS:
ÁREA DEL CONOCIMIENTO:
INGENIERIA APLICADA
(Decreto Estándares de Calidad)
SUB-ÁREA:
UNIDAD ACADÉMICA RESPONSABLE DEL DISEÑO CURRICULAR:
FACIEN.- DEPARTAMENTO DE CIENCIAS NATURALES.
COMPONENTE BÁSICO
CARÁCTER.
COMPONENTE FLEXIBLE
TEÓRICO:
TEÓRICO-PRACTICO:
PRÁCTICO:
SEMINARIO:
TIEMPO (en horas) DEL TRABAJO ACADÉMICO DEL ESTUDIANTE
Actividad Académica del Trabajo
Trabajo
Total
Estudiante
Independiente
(Horas)
Presencial
Horas
4
5
9
Total
64
80
144
1
2. PRESENTACIÓN RESUMEN DEL CURSO
El curso es una introducción a los principios físicos de los dispositivos semiconductores y
a la tecnología de fabricación avanzada. Incorpora lo básico de los materiales
semiconductores y los procesos de conducción en sólidos necesarios para entender las
uniones p-n, el transistor bipolar, el transistor metal oxido semiconductor (MOS),
dispositivos optoelectrónicos y otros.
3. JUSTIFICACIÓN
El profesional en ingeniería electrónica debe tener un conocimiento claro, y lo más
profundo posible de los modelos que proporciona la mecánica cuántica del mundo
microscópico con el fin de aplicarlos al estudio y comprensión del comportamiento de los
dispositivos electrónicos de estado sólido y sus aplicaciones. Este conocimiento le
permitirá comprender los procesos involucrados en el comportamiento de los
semiconductores, dándole criterios científicos para enfrentar los retos de la
microelectrónica del estado sólido.
4. COMPETENCIAS GENERALES
COMPETENCIAS GENERALES
SABER
Analizar e interpretar el comportamiento y
operación de los dispositivos semiconductores
INTERPRETATIVA electrónicos de estado sólido y sus ecuaciones
claves. Estudiar algunas aplicaciones de estos
dispositivos.
Analizar, interpretar y resolver problemas y
ARGUMENTATIVA ejercicios relacionados con la teoría de los
dispositivos
semiconductores
y
con
aplicaciones a la ingeniería electrónica.
2
Resolver las propiedades físicas del diodo de
unión p-n y los diferentes modos de operación
del transistor y sus aplicaciones.
Aplicar los conocimientos adquiridos en el curso para plantear, estudiar
y resolver el comportamiento y operación de otras estructuras
semiconductoras como por ejemplo: dispositivos optoelecrónicos,
dispositivos de potencia, y otros.
PROPOSITIVA
HACER
SER
Comprender que los dispositivos semiconductores de estado sólido han
alcanzado un nivel de perfeccionamiento e importancia económica al
ofrecer permanentemente dispositivos de mejor comportamiento, de
ocupar menos espacio, de menos pérdidas a un costo decreciente.
5. DEFINICIÓN DE UNIDADES TEMÁTICAS Y ASIGNACIÓN DE TIEMPO DE
TRABAJO PRESENCIAL E INDEPENDIENTE DEL ESTUDIANTE POR CADA
UNIDAD No.
EJE TEMÁTICO
DEDICACIÓN DEL
ESTUDIANTE (horas)
NOMBRE DE LAS UNIDADES TEMÁTICAS
a) Trabajo
b) Trabajo
Presencial
Independiente
HORAS
TOTALES
(a + b)
1
ETRUCTURA CRISTALINA Y MECÁNICA
CUÁNTICA
11
14
25
2
BANDAS DE ENERGÍA Y CONCENTRACIÓN DE
PORTADORES EN EQUILIBRIO TÉRMICO
10
13
23
3
SEMICONDUCTORES INTRÍNSECO Y
EXTRÍNSECO
PROCESOS DE TRANSPORTE DE CARGA EN
SEMICONDUCTORES: Arrastre, Difusión y
Generación-Recombinación
11
13
24
10
13
23
5
DIODOS DE UNIÓN p-n
10
14
24
6
EL TRANSISTOR BIPOLAR, BJT
12
13
25
64
80
144
4
TOTAL
3
H. T. P.
Clases
H. T. I.
Laboratorio
Trabajo
Trabajo
y/o practica
dirigido
independiente
Propiedades generales de los materiales.
Estructura cristalina.
Crecimiento de cristales.
Hipótesis de Planck.
Modelo cuántico de Bohr del átomo.
Probabilidad y el principio de
incertidumbre.
4
2
4
4
2
4
3
La ecuación de onda de Schrödinger.
4
2
4
4
Aplicación de la ecuación de Schrödinger
4
2
4
5
Modelo matemático de la formación de
bandas.
4
2
4
6
Modelo del enlace covalente. Modelos de
semiconductores
Portadores de carga en semiconductores:
Electrones y huecos.
Masa efectiva.
Metales, semiconductores y aisladores.
Densidad de estados.
Función de distribución de Fermi-Dirac
Densidades de portadores.
Densidad de portadores intrínsecos.
Semiconductores extrínsecos.
Equilibrio térmico.
Densidades de portadores en
semiconductores extrínsecos.
Nivel de Fermi en semiconductores
extrínsecos.
4
2
4
4
2
4
4
2
4
4
2
4
Arrastre, Difusión,
Recombinación-Generación.
Estadística del proceso R-G
4
2
4
1
1
CONTENIDOS TEMÁTICOS
ACTIVIDADES
Y
ESTRATEGIAS
PEDAGÓGICAS
SEMANA NO.
TEMÁTICA
UNIDAD
6. PROGRAMACIÓN SEMANAL DEL CURSO
2
2
7
8
3
9
4
10
4
11
5
6
Vida media de portadores minoritarios.
Ecuaciones de estado.
Longitudes de difusión.
Cuasiniveles de Fermi.
4
2
4
12
Electrostática de la unión p-n.
Características I-V.
4
2
4
13
Admitancia a pequeña señal.
4
2
4
14
Respuesta transiente.
Diodos optoelectrónicos.
4
2
4
15
Fundamentos del BJT.
Características estáticas.
4
2
4
16
Respuesta dinámica del BJT.
4
2
4
H. T. P. = Horas de trabajo presencial
H. T. I. = Horas de trabajo independiente
7. EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
UNIDAD TEMÁTICA
1. ETRUCTURA CRISTALINA Y
MECÁNICA CUÁNTICA
ESTRATEGIA DE EVALUACION
Medir conceptos y logros alcanzados
en la identificación de las estructuras
cristalinas de diferentes materiales
semiconductores elementales como el
silito (Si) y el arseniuro de galio
(GaAs), y algunos compuestos II-IV,
IV-VI, y III-V.
Comprender cómo la mecánica
cuántica es la base fundamental de la
teoría de los dispositivos
semiconductores.
PORCENTAJE (%)
15
5
2. BANDAS DE ENERGÍA Y
CONCENTRACIÓN DE
PORTADORES EN EQUILIBRIO
TÉRMICO
3. SEMICONDUCTORES
INTRÍNSECO Y EXTRÍNSECO
4. PROCESOS DE TRANSPORTE
DE CARGA EN
SEMICONDUCTORES: Arrastre,
Difusión y GeneraciónRecombinación
5. DIODOS DE UNIÓN p-n
6. EL TRANSISTOR BIPOLAR,
BJT.
Verificar la capacidad de interpretación
de cómo el modelo de la mecánica
(Modelo de Kronig-Penney) cuántica
describe y deduce la formación de
bandas de energía de un sólido. Medir
la interpretación de masa efectiva y la
descripción analítica del hueco.
Medir la capacidad del estudiante para
determinar las concentraciones
portadores de carga en
semiconductores intrínsecos y
extrínsecos, como también la
localización del nivel de Fermi.
Medir la capacidad de identificación de
los diferentes mecanismos de
transporte de carga en un
semiconductor, y el cálculo de las
propiedades eléctricas de estos
dispositivos: corriente y resistencia.
Medir la capacidad de manejo de la
terminología, los conceptos básicos y
procedimientos analíticos y aplicar las
ecuaciones básicas de la unión para
resolver problemas de aplicación a la
ingeniería electrónica, y el dominio de
las propiedades electrostáticas de la
unión p-n.
Que el estudiante extienda y aplique
los conceptos y procedimientos
analíticos de la unión p-n al transistor
de unión bipolar (BJT), identifique y
comprenda los diferentes modos de
operación del dispositivo y aplicarlos
en la solución de problemas de
ingeniería electrónica.
15
20
20
15
15
8. FUENTES DE CONSULTA
8.1

Bibliografía básica
PIERRET, Robert. Semiconductor Device Fundamentals. Prentice Hall, 1996
(Texto guía)
6






S.M. Sze. Semiconductor devices: Physics and Technology. Second Edition, John Wiley &
Sons, Inc. 2002
DIMITRIJEV, Sima. Understanding Semiconductor Devices. Oxford University Press,
2000
STREETMAN, Ben and BANERJEE, Sanjay. Solid State Electronic Devices. Fifth
Edition. Prentice Hall, 2000
SINGH, Jasprit. Semiconductor devices. John Wiley & Sons, Inc. 2001
BALKANSKI, M and WALLIS, R.F. Semiconductor Physics and Applications. Oxford
University Press, 2000
TYAGI, M.S. Introduction to Semiconductor Materials and Devices. John Wiley & Sons,
1991
8.2





KANAAN, Kano. Semiconductor Devices. Prentice Hall, New Jersey, 1998
PIERRET, Robert, Advanced Semiconductor Fundamentals. Modular Series on Solid State
Devices. 1987
KRAMER, Kevin and HITCHON, Nicholas. Semiconductor Devices. Prentice Hall PTR,
1997
WENCKEBACH, W. Tom. Essentials of Semiconductor Physics. John Wiley & Sons,
1999
WARNER, R and GRUNG, B. Semiconductor- Devices Electronics. Saunders College
Publishing, 1991
8.2



Bibliografía Complementaria:
Fuentes de Internet:
Libro electrónico: Principles of Semiconductor Devices
Página Web: http://www.jas.eng.buffalo.edu/
Software MatLab
OBSERVACIONES
La lista de textos no existe en la biblioteca de la USCO. Es una biblioteca muy pobre en
recursos bibliográficos especializados.
DILIGENCIADO POR: Diógenes Araujo Medina
FECHA DE DILIGENCIAMIENTO: 09 de marzo de 2007
7