Universidad de Puerto Rico En Humacao Departamento de Física y Electrónica Programa de Bachillerato en Física Aplicada a la Electrónica

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Rubén Ruiz Carrasco
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1 Universidad de Puerto Rico En Humacao Departamento de Física y Electrónica Programa de Bachillerato en Física Aplicada a la Electrónica A. Título: FÍSICA DE DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES B. Codificación del Curso: FISI 4177 C. Número de horas Crédito: Para el profesor 3 créditos Para el estudiante 3 créditos D. Prerrequisitos, correquisitos y otros requerimientos: Prerrequisitos i. FISI 4068 y MATE 3062 E. Descripción: Este es un curso de nivel intermedio en el cual de discuten las aplicaciones de la física de estado sólido al diseño, construcción y operación de artefactos semiconductores tales como varios tipos de transistores, artefactos optoelectrónicos transductores y otros. F. Objetivos del curso 1. Discutir la teoría en la cual se basa el funcionamiento de los artefactos semiconductores. 2. Familiarizar al estudiante con el diseño y funcionamiento de estos artefactos. G. Bosquejo del contenido y distribución de tiempo: Tema Tiempo Electrones en Átomos 1 Electrones en Cristales 8 enlaces químicos niveles de energía en cristales conducción eléctrica intrínseca impurezas y semiconductores extrínsecos el gas de electrones

2 Página 2 of 6 media vía libre, difusión el factor de Boltzmann estadísticas de electrones huecos semiconductores intrínsecos semiconductores tipo n y p portadores mayoritarios y minoritarios semiconductores degenerados y metales efectos termales, dispersión por el retículo y movilidad propiedades de transporte electrónico recombinación y vida media portadores en exceso difusión de portadores minoritarios Contactos entre materiales y unions p-n 4 potencial de contacto interfase metal-semiconductor (Schottky), característica I-V efectos termoeléctricos la unión p-n equilibrio (cero bias ), y bias hacia delante quasi niveles Fermi efectos termales en el diodo circuitos equivalentes región de ausencia de carga unión abrupta capacitancia en la unión uniones graduales mecanismos de rompimiento en reverso avalanche Zener Transistores bipolares de unión 5 el transistor eficiencia del emisor () factor de transporte de la base () componentes de la corriente de la base características D.C. del transistor características de configuración con base común el transistor de unión, plano distribución de exceso de carga en la base cambios en con corriente del colector características de configuración con emisor común rompimiento el modelo de Ebers y Moll operación de un transistor, interruptor respuesta transiente

portadores minoritarios Contactos entre materiales y unions p-n 4 potencial de contacto interfase metal-semiconductor (Schottky), característica I-V efectos termoeléctricos la unión p-n equilibrio

3 Página 3 of 6 operación con señales bajas parámetros, transconductancia (g m ), resistencia de insumo (r be ) etc producto, ganancias y ancho de banda Artefactos para potencias medianas, El tiristor 2 teoría de operación construcción respuesta transiente transistor programmable de unión única Artefactos Optoelectrónicos 4 unidades de iluminación absorpción de luz en semiconductores fotodetectores celdas fotoconductivas fotodiodo de unión p-n y fototransistor celdas solares fotodiodo p-i-n fotodiodo de avalanche diodo que emite luz aisladores acoplados ópticamente cristales líquidos Fundamentos de LASER 4 coeficientes de radiación de Einstien aplicación de emisión estimulada inversion de población coherencia de la emission laser de Rubí fragmentador de Q laser de gas helio-néon modos espaciales el diodo lasaer (laser de inyección) laser de hetero estructura fibras ópticas y comunicaciones Transistores de efecto de campo y artefactos de transferencia de carga el transistor de efecto de campo con portón (gate) de unión (JFET) características teóricas del JFET transistor de efecto de campo del tipo metal-óxido-silicio (MOSFET) características teóricas del MOSFET el MOSFET vertical 8

fotodetectores celdas fotoconductivas fotodiodo de unión p-n y fototransistor celdas solares fotodiodo p-i-n fotodiodo de avalanche diodo que emite luz aisladores acoplados ópticamente cristales

4 Página 4 of 6 invertidor MOSFET voltaje del substrato el invertidor CMOST artefactos de transferencia de carga (CCD) artefacto de transferencia de carga con canal el la superficie artefacto de transferencia de carga con canal enterrado (BCCD) la brigade de cubos (BBD) aplicaciones Circuitos Integradores (IC) 6 fabricación de IC monolíticos formación de ventanas capas enterradas capas epitaciales difusión de la aislación difusión de base y emisor contactos metálicos e interconexiones difusión de impurezas durante fabricación difusión de fuentes constants (erfc) difusión de fuentes limitadas (gaussiana) formación de uniones transistores bipolares integrados diodos integrados resistancias integradas condensadores integrados transistores MOS transistores MOS complementarios del tipo silicio en safiro circuitos intergrados digitales lógica de transistor-transistor (TTL) lógica CMOS circuitos lógicos de inyección integrada circuitos lógicos acoplados por el emisor IC lineares H. Estrategias instruccionales Conferencias Discusión Asignación de tareas I. Recursos de aprendizaje: Conferencia: i. Presenta los objetivos del tema

epitaciales difusión de la aislación difusión de base y emisor contactos metálicos e interconexiones difusión de impurezas durante fabricación difusión de fuentes constants (erfc) difusión de fuentes

5 Página 5 of 6 ii. Expone aspectos fundamentales de cada tema iii. Resuelve uno o varios ejemplos iv. Ofrece una explicación de la estrategia de resolución de problemas y la escribe en la pizarra. Discusión: i. Se asigna problemas similares a los de la clase ii. El profesor guía para que se apliquen las estrategias de resolución de problemas. iii. Un estudiante explica el problema resuelto en la pizarra con la supervisión del profesor. Asignación de tareas: i. Se asignan problemas del libro recomendado u otra referencia como tarea ii. Se recomienda o se asigna la simulación en la resolución del problema utilizando programados de simulación disponibles en los laboratorios. J. Estrategias de evaluación: FISI 4177 % Máximo de tres (3) exámenes parciales 70 Asignaciones especiales 10 Pruebas cortas 10 Examen Final 10 Total 100 Tabla 1: Evaluación K. Sistema de calificación PORCIENTO NOTA 100% 88% A 87% 76% B 75% 60% C 59% 50% D 49% 0% F Tabla 2: Sistema de Calificación L. Bibliografía 1. Simon M. Sze, Semiconductor Devices: Physics and Technology, 2nd Edition, John Wiley and Sons (2001).

Un estudiante explica el problema resuelto en la pizarra con la supervisión del profesor. Asignación de tareas: i. Se asignan problemas del libro recomendado u otra referencia como tarea ii.

6 Página 6 of 6 2. Charles Kittel, Introduction to Solid State Physics, 8 th Edition, John Wiley and Sons (2004). M. Derechos del estudiante con impedimentos La UPR-H cumple con las leyes ADA (Americans with Disabilities Act) y 51 (Servicios Educativos Integrales para Personas con Impedimentos) para garantizar igualdad en el acceso a la educación y servicios. Estudiantes con impedimentos: informe al profesor de cada curso sobre sus necesidades especiales y de acomodo razonable para el curso y visite la oficina de Servicios para la Población con Impedimentos (SERPI) a la brevedad posible. Se mantendrá la confidencialidad.

Personas con Impedimentos) para garantizar igualdad en el acceso a la educación y servicios.

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