Dispositius Semiconductors
Codi: 106815 Crèdits: 6| Titulació | Tipus | Curs |
|---|---|---|
| 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:
- Electrostàtica bàsica (conceptes de camp, potencial elèctric, etc.). És recomanable haver aprovat l’assignatura de Física General.
- Matemàtiques (nombres complexos, equacions diferencials bàsiques, etc.). És recomanable haver aprovat les assignatures de primer i segon curs de matemàtiques.
- Mecànica quàntica (equació de Schrödinger independent del temps). És recomanable haver aprovat l’assignatura Fenòmens Quàntics I.
- Cristal·lografia (periodicitat de la xarxa, cel·la primitiva, espai real i espai recíproc). És recomanable haver aprovat l’assignatura Cristal·lografia.
- Teoria de circuits (resolució de circuits lineals amb resistències, condensadors i inductàncies). És molt recomanable haver aprovat l’assignatura Instrumentació Electrònica.
- Programació bàsica (Matlab o Python per trobar els estats i valors propis d’una matriu). És recomanable haver aprovat l’assignatura Eines Informàtiques i de Programació.
Objectius
Els objectius principals són:
- Entendre les característiques de l’estat sòlid: estructures periòdiques, estats electrònics i bandes d’energia, vibracions de les xarxes (fonons).
- Comprendre i dominar els principis físics del transport electrònic en semiconductors, així com els dispositius electrònics més habituals i la seva tecnologia de fabricació.
- Relacionar les prestacions dels dispositius, el seu funcionament en circuits i els processos tecnològics de fabricació mitjançant models físics analítics, simulacions numèriques, models compactes i solucions circuitals.
Resultats d'aprenentatge
- CM16 (Competència) Aplicar els coneixements físics a la resolució de problemes en la nanoescala.
- CM17 (Competència) Proposar solucions a problemes de l'àmbit de la nanotecnologia relacionant les prestacions de materials i dispositius amb els seus processos de fabricació.
- KM28 (Coneixement) Descriure les lleis físiques fonamentals que permeten entendre el funcionament bàsic i les aplicacions dels dispositius semiconductors principals.
- SM25 (Habilitat) Dissenyar dispositius electrònics bàsics, seleccionant la tecnologia de fabricació adequada a les especificacions elèctriques desitjades.
- SM26 (Habilitat) Utilitzar tècniques de caracterització i de simulació per a investigar les prestacions dels dispositius electrònics.
- SM28 (Habilitat) Reunir, sintetitzar i presentar resultats i conclusions de publicacions científiques.
Continguts
Tema 1. Física de l’estat sòlid
1.1 Quantització de l’energia en sistemes simples
1.2 Teorema de Bloch. Estructura de bandes E-k en sistemes periòdics. Massa efectiva
1.3 Vibracions de la xarxa. Fonons
Tema 2. Transport electrònic en semiconductors
2.1 Estructura de bandes: aïllants, metalls i semiconductors
2.2 Sistemes en equilibri i fora d’equilibri. Estadística de Fermi
2.3 Estructura de bandes E-x en dispositius. Càrregues i camps elèctrics
2.4 Model semi-clàssic per a la conducció: corrent de deriva i difusió
Tema 3. Díode d’unió PN
3.1 Electrostàtica de la unió PN en equilibri
3.2 Unió PN fora de l’equilibri. Corrents
3.3 LEDs, làsers semiconductors, díode PIN i cel·les solars
3.4 Aplicacions circuitals senzilles amb díodes
Tema 4. Transistor MOSFET
4.1 Estructura i funcionament del transistor MOSFET
4.2 Tipus de transistors i corbes corrent-tensió
4.3 Aplicacions circuitals senzilles: portes lògiques, amplificadors, circuits CMOS
Tema 5. De la microelectrònica a la nanoelectrònica
5.1 More Moore. Escalat del MOSFET. High-K dielectrics, efectes de canal curt
5.2 Beyond CMOS: Dispositius túnel, quantum dots, grafè, electrònica molecular, tecnologies quàntiques
Activitats formatives i Metodologia
| Títol | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|
| Tipus: Dirigides | |||
| Classes magistrals | 30 | 1,2 | CM16, CM17, KM28, SM25 |
| Seminaris de problemes | 15 | 0,6 | CM16, CM17, KM28, SM25, SM26, SM28 |
| Sessions de laboratori | 15 | 0,6 | SM25, SM26, SM28 |
| Tipus: Supervisades | |||
| Totories | 5 | 0,2 | CM16, CM17, KM28, SM25, SM26, SM28 |
| Tipus: Autònomes | |||
| Estudi | 27 | 1,08 | CM16, CM17, KM28, SM25, SM26, SM28 |
| Preparació de les sessions de Laboratori | 20 | 0,8 | CM16, CM17, KM28, SM25, SM26 |
| Resolució dels problemes guiats | 20 | 0,8 | CM16, CM17, KM28, SM25, SM26, SM28 |
Activitats dirigides
- Classes magistrals: El professor explicarà els temes mitjançant (i) apunts presentats a pantalla, disponibles prèviament al campus virtual, i (ii) exercicis o explicacions complementàries a la pissarra.
- Seminaris de problemes: Resolució de problemes d’exemple per part del professor.
- Sessions de laboratori: Abans de cada pràctica, l’alumne haurà de preparar i lliurar un informe previ (en anglès). Al finalitzar, s'entregarà un informe final també en anglès.
Activitats supervisades
- Tutories: Fora de l’horari lectiu, els alumnes poden resoldre dubtes amb els professors de teoria, problemes o pràctiques. Es recomana aprofitar aquest recurs.
Activitats autònomes
- Estudi: L’estudi personal de cada tema és imprescindible.
- Resolució de problemes: És molt recomanable que l’alumne intenti resoldre els exercicis abans de les classes.
- Preparació de pràctiques: Cal lliurar un informe previ abans de cada sessió de laboratori.
Nota: es reservaran 15 minuts d'una classe, dins del calendari establert pel centre/titulació, perquè els alumnes completin les enquestes d'avaluació de l'actuació del professorat i d'avaluació de l'assignatura.
Avaluació
Activitats d'avaluació continuada
| Títol | Pes | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|---|
| Examen 1er parcial | 35 % | 4 | 0,16 | CM16, CM17, KM28, SM25, SM26, SM28 |
| Examen 2on parcial | 35 % | 4 | 0,16 | CM16, CM17, KM28, SM25, SM26, SM28 |
| Pràctiques de cada tema | 30 % | 10 | 0,4 | SM25, SM26, SM28 |
Avaluació continuada
L’avaluació es farà obligatòriament mitjançant dos parcials, pràctiques i problemes guiats amb els següents percentatges:
- Examen 1r parcial escrit: 35% de la nota
- Examen 2n parcial escrit: 35% de la nota
- Pràctiques de cada tema: 30% de la nota
Totes tres parts han de superar-se amb un mínim de 5. En cas contrari, es podrà recuperar el(s) parcial(s) suspès en un examen final.
- Examen final escrit (recuperació): 70% de la nota
Avaluació única
Els alumnes que optin per aquesta modalitat hauran de fer un examen final (teoria i problemes) coincidint amb la data del segon parcial. Aquesta prova representarà el 70% de la nota. Si no s’arriba a un mínim de 5, es podrà recuperar en l’examen de recuperació. Les pràctiques són obligatòries i no recuperables.
Bibliografia
Bàsica
- C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, John Wiley & Sons
- N. W. Ashcroft & N. D. Mermin, Solid State Physics, Saunders College
- L. Prats Viñas & J. Calderer Cardona, Dispositius electrònics i fotònics. Fonaments, Edicions UPC, 2001
- P. Horowitz & W. Hill, The Art of Electronics, Cambridge University Press (1989)
Complementària – Dispositius electrònics (Modular Series on Solid State Devices, Addison-Wesley)
- R. F. Pierret, Semiconductor Fundamentals (1988) / Fundamentos de semiconductores (1994)
- G. 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)
Complementària – Nanoelectrònica
- Rainer Waser (Ed.), Nanoelectronics and Information Technology, Wiley-VCH
Recursos web
Programari
S'utilitzarà el programari de PSPICE per simular circuits
Grups i idiomes de l'assignatura
La informació proporcionada és provisional fins al 30 de novembre de 2025. A partir d'aquesta data, podreu consultar l'idioma de cada grup a través d’aquest enllaç. Per accedir a la informació, caldrà introduir el CODI de l'assignatura
| Nom | Grup | Idioma | Semestre | Torn |
|---|---|---|---|---|
| (PAUL) Pràctiques d'aula | 1 | Anglès | primer quadrimestre | tarda |
| (PLAB) Pràctiques de laboratori | 1 | Anglès | primer quadrimestre | matí-mixt |
| (PLAB) Pràctiques de laboratori | 2 | Anglès | primer quadrimestre | matí-mixt |
| (PLAB) Pràctiques de laboratori | 3 | Anglès | primer quadrimestre | matí-mixt |
| (TE) Teoria | 1 | Anglès | primer quadrimestre | tarda |