Logo UAB

Dispositius Electrònics

Codi: 103289 Crèdits: 5
2024/2025
Titulació Tipus Curs
2501922 Nanociència i Nanotecnologia OB 3

Professor/a de contacte

Nom:
Xavier Oriols Pladevall
Correu electrònic:
xavier.oriols@uab.cat

Idiomes dels grups

Podeu consultar aquesta informació al final del document.


Prerequisits

Es requereixen coneixements bàsics de:

 

.- Teoria de circuits (resolució de circuits lineals amb resistències, condensadors i inductàncies) . Es molt recomanable haver aprovat l’assignatura “Instrumentació electrònica”.


.- Electrostàtica bàsica (conceptes de camp, potencial elèctric, etc.). Es recomanable haver aprovat l’assignatura “Electricitat, magnetisme i Òptica”.


.- Matemàtiques (nombres complexes, equacions diferenciasl bàsiques,etc.) . Es recomanable haver aprovat les assignatures de primer i segon curs de matemàtiques.




Objectius



.- Comprensió i domini dels principis físics dels semiconductors, així com dels dispositius electrònics i fotònics més habituals i de la tecnologia de fabricació dels mateixos.

 

 

.- Relacionar les prestacions dels dispositius, els seu funcionament en circuits i els processos tecnològics de fabricació, mitjançant models físics analítics, simulacions numèriques a nivell físic, models compactes i simulacions circuitals.

 


Competències

  • Aplicar els conceptes, principis, teories i fets fonamentals relacionats amb la nanociència i la nanotecnologia a la resolució de problemes de natura quantitativa o qualitativa en l'àmbit de la nanociència i la nanotecnologia.
  • Aplicar les normes generals de seguretat i funcionament d'un laboratori i les normatives específiques per a la manipulació de la instrumentació i dels productes i materials químics i biològics tenint en compte les seves propietats i els riscos.
  • Aprendre de manera autònoma.
  • Comunicar-se oralment i per escrit en la llengua pròpia.
  • Demostrar que es comprenen els conceptes, principis, teories i fets fonamentals relacionats amb la nanociència i la nanotecnologia.
  • Desenvolupar treballs de síntesi, caracterització i estudi de les propietats dels materials en la nanoescala a partir de procediments establerts prèviament.
  • Gestionar l'organització i la planificació de tasques.
  • Interpretar les dades obtingudes mitjançant mesures experimentals, incloent-hi l'ús d'eines informàtiques, identificar-ne el significat i relacionar-les amb les teories químiques, físiques o biològiques apropiades.
  • Manipular els instruments i materials estàndards propis dels laboratoris d'assaigs físics, químics i biològics per a l'estudi i l'anàlisi de fenòmens en la nanoescala.
  • Obtenir, gestionar, analitzar, sintetitzar i presentar informació, incluent-hi la utilització de mitjans telemàtics i informàtics.
  • Proposar idees i solucions creatives.
  • Raonar de forma crítica.
  • Reconèixer els termes relatius als àmbits de la física, la química, la biologia, la nanociència i la nanotecnologia en llengua anglesa i fer servir l'anglès de manera eficaç per escrit i oralment en l'àmbit laboral.
  • Reconèixer i analitzar problemes físics, químics i biològics en l'àmbit de la nanociència i la nanotecnologia i plantejar respostes o treballs adequats per a la seva resolució, incloent-hi en els casos necessaris l'ús de fonts bibliogràfiques.
  • Resoldre problemes i prendre decisions.

Resultats d'aprenentatge

  1. Analitzar situacions i problemes en l'àmbit de la física i plantejar respostes o treballs de tipus experimental utilitzant fonts bibliogràfiques.
  2. Aplicar els continguts teòrics adquirits a l'explicació de fenòmens experimentals.
  3. Aprendre de manera autònoma.
  4. Avaluar els resultats experimentals de manera crítica i deduir-ne el significat.
  5. Comunicar-se oralment i per escrit en la llengua pròpia.
  6. Descriure el funcionament dels dispositius electrònics: díodes, transistors MOS, transistors bipolars i dispositius emissors i receptors de llum.
  7. Descriure els fonaments del transport electrònic en semiconductors.
  8. Descriure la conducció elèctrica dels metalls i els efectes creuats tèrmics-elèctrics.
  9. Descriure les característiques corrent tensió dels dispositius electrònics i fotònics a les seves diferents regions de funcionament.
  10. Descriure les principals aplicacions dels dispositius estudiats i situar-los en el context tecnològic actual.
  11. Dissenyar dispositius electrònics bàsics, establint la relació amb la tecnologia de fabricació (incloent materials, dimensions i dopatges) amb les seves especificacions a nivell elèctric
  12. Dur a terme la caracterització elèctrica dels dispositius electrònics bàsics, per a l'extracció de les seves corbes corrent tensió al laboratori d'instrumentació electrònica
  13. Emprar la tecnologia de la informació i la comunicació per a la documentació de casos i problemes.
  14. Exposar informes breus sobre la matèria en anglès.
  15. Fer cerques bibliogràfiques de documentació científica.
  16. Gestionar l'organització i la planificació de tasques.
  17. Identificar els principals paràmetres dels dispositius electrònics que determinen les seves prestacions així com les seves limitacions.
  18. Identificar i situar l'equipament de seguretat del laboratori.
  19. Interpretar textos i bibliografia en anglès sobre física i materials a nivell bàsic.
  20. Manipular els materials i l'instrumental del laboratori amb seguretat.
  21. Obtenir, gestionar, analitzar, sintetitzar i presentar informació, incluent-hi la utilització de mitjans telemàtics i informàtics.
  22. Proposar idees i solucions creatives.
  23. Raonar de forma crítica.
  24. Redactar informes sobre la matèria en anglès.
  25. Relacionar les dades experimentals amb les propietats físiques i/o anàlisis dels sistemes objecte d'estudi.
  26. Resoldre problemes amb l'ajuda de bibliografia complementària proporcionada.
  27. Resoldre problemes i prendre decisions.
  28. Utilitzar correctament els programes de simulació específics tant físics com electrònics (tipus SPICE) per a estudiar els dispositius electrònics.
  29. Utilitzar correctament les eines informàtiques necessàries per a calcular, representar gràficament i interpretar les dades obtingudes, així com la seva qualitat.
  30. Utilitzar el material i la instrumentació de laboratori de manera adequada.
  31. Utilitzar models circuitals per descriure el comportament elèctric de dispositius electrònics
  32. Utilitzar programes de tractament de dades per elaborar informes.

Continguts

  

Tema1. Física de semiconductors i transport electrònic

 

1.1    Càrregues i camps.

1.2    Diagrames de bandes i densitat d'estats.

1.3    Transport electrònic en semiconductors


 

Tema 2. Díode d’unió PN


2.1 Electrostàtica de la unió PN en equilibri

2.2 Unión PN fora de l’equilibri. Currents

2.3 Aplicacions circuitals senzilles: retalladores, rectificadores, etc.


 

Tema 3. Transistor bipolar


3.1 Tipus de transistors. Diagrames de bandes

3.2 Corbes corrent-tensió.

3.3 Aplicacions circuitals senzilles: polarització, portes lògiques,  amplificadores, etc.



 Tema 4. Transistor MOSFET


4.1 L’estructura MOSFET

4.2 Tipus de transistors i corbes corrent-tensió

4.3 Aplicacions circuitals senzilles: portes lógiques, amplificadores, circuits CMOS



 Tema 5. Dispositius fotónics


5.1 Propietats de la llum. Interacció llum-materia

5.2 Emissors de llum: LEDs i LASERs

5.3 Detectors de llums: PIN i cel.les solars



 Tema 6. De la microelectrònica a la nanoelectrònica


6.1 More Moore. Escalat del MOSFET. Efectes de canal curt,..

6.2 Beyond CMOS: Dispositius túnel, quantum dots, dispositius d’un sol electró,  grafé, espintrònica, electrònica molecular




Activitats formatives i Metodologia

Títol Hores ECTS Resultats d'aprenentatge
Tipus: Dirigides      
Classes magistrals 20 0,8 7, 9, 8, 10, 6, 11, 17, 19, 31
Seminaris de problemes 10 0,4 5, 4, 7, 9, 8, 10, 6, 17, 22, 23, 27
Sessions de laboratori 15 0,6 5, 28, 11, 24, 12, 18, 19, 3, 30, 16, 14, 22, 23, 25, 20, 31, 32
Tipus: Supervisades      
Totories 5 0,2 2, 5, 4, 7, 9, 8, 10, 6, 17, 14, 22, 23, 26
Tipus: Autònomes      
Estudi 27 1,08 19, 3, 16, 21, 15, 23, 27, 26, 31
Preparació de les sessions de Laboratori 15 0,6 1, 24, 13, 19, 3, 16, 15, 22, 23, 31, 32
Resolució dels problemes guiats 15 0,6 2, 29, 7, 9, 8, 10, 6, 24, 17, 3, 30, 16, 21, 14, 22, 23, 25, 27, 26, 31

Activitats dirigides:


 

Classes magistrals: El professor explicarà els temes mitjançant (i) el suport de apunts presentats en pantalla que estaran disponibles per l’alumne amb anterioritat ("campus virtual") i (ii) petits exercicis o explicacions complementaries en la pissarra de classe.



Seminaris de problemes: El professor realitzarà, o en alguns casos els mateixos alumnes, problemes de exemple.



Sessions de laboratori: Prèviament a la realització de cada sessió de pràctiques, l’alumne haurà de preparar-la i entregar al inici de la sessió l’informe previ (en anglès)  corresponent. Al finalitzar la sessió de pràctiques, l’alumne entregarà un altre informe (en anglès) realitzat durant la sessió.



Activitats supervisades:


Tutories: Forad’hores de classe, l’alumne podrà requerir les explicacions dels professors de teoria, problemes o pràctiques per qualsevol dubte. Es recomana a l’alumne l’ús d’aquest recurs didàctic.



Activitats autònomes:

Estudi: És necessari un estudi autònom de cada tema de l’assignatura per part de l’alumne.



Resolució dels problemes de classe: És molt recomanable que l’alumne intenti fer els exercicis amb anterioritat.


 

Preparació de las sessions de Laboratori: Com s’ha comentat, l’alumne haurà de preparar un informe previ a la realització de les pràctiques.


 

Nota: es reservaran 15 minuts d'una classe, dins del calendari establert pel centre/titulació, per a la complementació per part de l'alumnat de les enquestes d'avaluació de l'actuació del professorat i d'avaluació de l'assignatura/mòdul.


Avaluació

Activitats d'avaluació continuada

Títol Pes Hores ECTS Resultats d'aprenentatge
Examen 1er parcial 35 % 4 0,16 2, 29, 7, 9, 8, 6, 24, 17, 3, 14, 23, 27, 26
Examen 2on parcial 35 % 4 0,16 7, 9, 10, 6, 24, 17, 19, 3, 14, 23, 27
Pràctiques de cada tema 30 % 10 0,4 1, 5, 29, 28, 4, 11, 12, 13, 18, 30, 16, 21, 15, 22, 25, 20, 31, 32

AVALUACIÓ CONTINUADA:  L’assignatura s’avaluarà obligatòriament a través de dos parcials, les pràctiques i problemes guiats segons els següents percentatges:


.- Examen 1er Parcial escrit: 35% de la NOTA

 

.- Examen 2on Parcial escrit: 35% de la NOTA

 

.- Pràctiques de cada tema: 30% de la NOTA

 

 

S’han d’aprovar, amb un mínim de 5, totes tres. En cas de tenir una nota inferior a 5 en algun dels dos parcials podrà recuperar el(s) parcial(s) suspès en un examen final.  

.- Examen final total escrit: 70% de la NOTA

 

AVALUACIÓ ÚNICA: L’alumnat que s’hagi acollit a la modalitat d’avaluació única haurà de realitzar una prova final que consistirà en un examen de tot el temari teòric i de problemes de l’assignatura. Aquesta prova es realitzarà el dia en què els estudiants de l’avaluació contínua fan l’examen del segon parcial. La qualificació de l’estudiant d’aquest examen serà un 70% de la nota de l’assignatura. 

Si la nota final del examen  no arriba a 5, l’estudiant té una altra oportunitat de superar l’assignatura mitjançant l’examen de recuperació que se celebrarà en la data que fixi la coordinació de la titulació. La part de pràctiques no és recuperable. Les pràctiques son obligatòries i els alumnes que s'acullin a la avaluació única també han de assistir i entregar els treballs com els altres alumnes d’avaluació continuada.


Bibliografia


Bibliografía bàsica:



Luis Prats Viñas y Josep Calderer Cardona, Dispositius electrònics i fotònics.
Fonaments. Edicions UPC, 2001



P. Horowitz and W. Hill The Art of Electronics,Cambridge Editorial Univ. Press (1989)



B.E.A. Salech and M.C. Theich Fundamentals of Photonics Editorial John Wiley & Sons



Bibliografía complementaria dispositius electrònics:



MODULAR SERIES ON SOLID STATE DEVICES (Ed. Addison-Wesley):



R.F.Pierret, Semiconductor
fundamentals (1988) /
Fundamentos de semiconductores (1994)



Gerold W. Neudeck,. The
PN Junction Diode (1989) /
El diodo PN de unión (1993)



G.W.Neudeck, The
Bipolar Junction Transistor (1989) / El transistor bipolar de unión (1994)



R.F. Pierret, Field effect devices (1990) / Dispositivos
de efecto de campo (1994)



Bibliografía complementaria dispositius fotònics



J.Wilson Optoelectronics: an introduction.Editorial Prentice Hall



D.Wood. Optoelctronic
Semiconductor Devices. Editorial Prentice Hall.



S.D. Smith. Optoelectronic Devices.
Editorial Prentice Hall.



Bibliografía complementaria dispositius nanoelectrònics



Rainer Waser Ed. Nanoelectronics and Information Technology.
Editorial WILEY-VCH.




 

Recursos WEB

http://nanohub.org/




 


Programari

S'utilitzarà el programari de PSPICE per simular circuits


Llista d'idiomes

Nom Grup Idioma Semestre Torn
(PAUL) Pràctiques d'aula 1 Anglès segon quadrimestre tarda
(PLAB) Pràctiques de laboratori 1 Anglès segon quadrimestre matí-mixt
(PLAB) Pràctiques de laboratori 2 Anglès segon quadrimestre matí-mixt
(PLAB) Pràctiques de laboratori 3 Anglès segon quadrimestre matí-mixt
(TE) Teoria 1 Anglès segon quadrimestre tarda