S. E. P. S. E. I. T. 1. Historia del programa. Lugar y fecha de elaboraciän Instituto TecnolÑgico de Orizaba Agosto 2003

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Vicente Valenzuela Franco
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1 S. E. P. S. E. I. T DIRECCIÄN GENERAL DE INSTITUTOS TECNOLÄGICOS - Nombre de la asignatura: FISICA IV (4-2-10) (FÅSICA DE SEMICONDUCTORES) - Nivel: Licenciatura - Carrera: INGENIERÅA ELECTRÄNICA - Çrea académica: CIENCIAS BASICAS - Clave: 1. Historia del programa Lugar y fecha de elaboraciän Instituto TecnolÑgico de Orizaba Agosto 2003 Participantes: Ing. Maricela Azuara DueÖas (Aguascalientes) Ing. Blas Reyes Tlatelpa (Orizaba) Ing: Marco A. Alamillo P. (Orizaba) Ing. Carlos E. VÜzquez LÑpez (Tijuana) Ing. Martha E. FernÜndez R. (Orizaba) Ing. Rene Santiago Contreras (Oaxaca) Ing. Jorge P. Aguilar Haaz (Veracruz) Observaciones acadåmico curriculares DiseÖo y elaboraciñn de una propuesta para una nueva curricula de la carrera de ingenieráa electrñnica conforme a los lineamientos del nuevo modelo educativo superior 2003 propuesto por D.G.I.T. Instituto TecnolÑgico de Aguascalientes Octubre 2003 Academia de maestros ElaboraciÑn del programa por unidades de aprendizaje, partiendo de la propuesta elaborada en Orizaba, Ver. Instituto TtecnolÑgico de Mexicali ReuniÑn de ConsolidaciÑn

2 2. UbicaciÄn de la asignatura a) RelaciÑn con otras materias del plan de estudio A N T E R I O R E S P O S T E R I O R E S ASIGNATURAS TEMAS ASIGNATURAS TEMAS Quámica Teoráa CuÜntica y estructura atñmica. Elementos Quámicos y su clasificaciñn. Enlace Quámico ElectrÑnica AnalÑgica I Diodos, Transistores Bipolares, Transistores Efecto de Campo. MatemÜticas I y II Aplicaciones de la derivada e Integral OptoelectrÑnica ElectrÑnica de Potencia Fotodiodo, fototransistor, diodo laser SCR, TRIAC b) AportaciÑn de la asignatura al perfil del egresado Le aporta los conocimientos sobre construcciñn y funcionamiento de dispositivos electrñnicos que le permitirün al alumno diseöar, analizar, adaptar, construir sistemas y equipos electrñnicos 3. Objetivo General El alumno conocerü las caracterásticas y comportamiento de los materiales semiconductores y su aplicaciñn en la construcciñn de diodos y transistores

3 4. Temario UNIDAD T E M A S S U B T E M A S I Fundamentos de semiconductores 1.1 El estado cristalino, redes cristalinas y crecimiento de cristales en Semiconductores 1.2 Materiales semiconductores 1.3 Modelo de Enlace Covalente 1.4 Materiales intránsecos, materiales extránsecos 1.5 Modelo de Bandas de energáa 1.6DistribuciÑn de Fermi Dirac y distribuciñn de Maxwell- Boltzman 1.7Nivel de Fermi en materiales intránsecos y extránsecos 1.8Conductividad, movilidad, proceso de difusiñn 1.9Ecuaciones de continuidad II UniÑn PN 2.1 semiconductor P y semiconductor N 2.2 UniÑn P-N en estado de equilibrio Potencial de contacto Campo eléctrico Zonas de vaciamiento Carga almacenada Capacitancia 2.3 Condiciones de polarizaciñn PolarizaciÑn directa PolarizaciÑn inversa 2.4 FenÑmenos de ruptura Ruptura por multiplicaciñn o avalancha Ruptura Zener 2.5 TÉcnicas de fabricaciñn de dispositivos de uniñn.

4 III Dispositivos de uniñn 3.1 Diodo rectificador 3.2 Diodo Zener 3.3 Diodo Tànel 3.4 Diodo varactor 3.5 Diodo PIN 3.6 Diodo Schottky 3.7 Dispositivos Ñpticos Fotodiodo Diodo emisor de luz Diodo laser Celda fotovoltaica Fotorresistencias IV Dispositivos bipolares y monopolares 4.1 Dispositivos bipolares 4.1.1Funcionamiento del transistor BJT PolarizaciÑn del transistor bipolar BJT Aplicaciones büsicas 4.2 Dispositivos monopolares Estructura y construcciñn de los FET Funcionamiento del FET Funcionamiento del MOSFET 5. Aprendizajes requeridos. - Aplicar los conceptos de enlace quámico en sñlidos cristalinos - Manejar la tabla periñdica de los elementos quámicos - Aplicar los conceptos de conductividad, campo eléctrico, potencial eléctrico densidad de corriente en diversos materiales. - Aplicar los conceptos de Derivada e Integral 6. Sugerencias didçcticas - Propiciar el razonamiento de los fenñmenos y leyes que explican el comportamiento de los materiales semiconductores. - Elaborar de un banco de reactivos de ejercicios que el alumno resolverü como un reforzamiento de los temas vistos en aula. - Propiciar la participaciñn del alumno en las actividades programadas en cada unidad. - Visitar püginas web relacionadas con los temas propuestos de las unidades de aprendizaje. - Utilizar recursos audiovisuales que faciliten la comprensiñn de los temas. - Usar mapas conceptuales como herramientas de enseöanza y aprendizaje de conceptos. - Programar visitas con industrias relacionadas

5 7. Lineamientos de evaluaciän Revisar los reportes y actividades realizadas en el laboratorio, de acuerdo a un formato previamente establecido 1. Considerar la participaciñn en las actividades programadas en la materia: o ParticipaciÑn en clases o Cumplimiento de tareas y ejercicios o ExposiciÑn de temas o asistencia o paneles o participaciñn en congresos o concursos Aplicar exümenes escritos considerando que no sea el factor decisivo para la acreditaciñn del curso. Considerar el desempeöo integral del alumno 8. Unidades de Aprendizaje NÉmero de unidad: 1 Nombre de la unidad: Fundamentos de Semiconductores Objetivo Educacional Actividades de Aprendizaje BibliografÑa El alumno relacionarü los 1. Explicar el comportamiento dual del 1,3, 5 y 6 principios de fásica cuüntica electrñn. con los modelos de enlace 2. Representar una red cristalina de material covalente y de bandas de semiconductor por medio del modelo de energáa en cristales enlace covalente. semiconductores. 3. Clasificar a los materiales semiconductores de acuerdo a la concentraciñn de portadores de carga. 4. Representar los diferentes tipos de semiconductores por medio del diagrama de bandas de energáa. 5. Determinar la ecuaciñn de neutralidad de carga para los diferentes semiconductores. 6. Calcular concentraciones de portadores de carga en diferentes tipos de semiconductores. 7. Calcular el nivel de Fermi. 8. Calcular la conductividad, corriente, densidad de corriente y corriente por difusiñn en diversos casos. 9. Utilizar un simulador para las ecuaciones vistas en la unidad y donde varáen factores como temperatura, concentraciñn de portadores de carga, concentraciñn de impurezas, nivel de Fermi. 10. Construir un glosario con los términos manejados en la unidad. 1

6 NÉmero de unidad: 2 Nombre de la unidad: UniÄn PN Objetivo Educacional Actividades de Aprendizaje BibliografÑa El alumno analizarü el Elaborar diagramas de bandas de energáa 1,3, 5 y 6 comportamiento de la uniñn de la uniñn PN. PN aplicando el modelo uniñn Explicar el comportamiento eléctrico de la abrupta. uniñn PN por medio de diagramas de bandas de energáa. Calcular el potencial de contacto interno, campo eléctrico, anchos de zona de vaciamiento, carga eléctrica almacenada, y capacitancia presentes en una uniñn PN. Diferenciar los fenñmenos de ruptura por multiplicaciñn o avalancha y zener PN. Diferenciar técnicas de construcciñn de los dispositivos de uniñn Elaborar un mapa conceptual que incluya los términos manejados en la unidad. NÉmero de unidad: 3 Nombre de la unidad: Dispositivos de UniÄn Objetivo Educacional Actividades de Aprendizaje BibliografÑa El alumno : Elaborar un cuadro de comparaciñn 2,4 y 5 DeducirÜ el utilizando como parümetros las funcionamiento de los dispositivos de uniñn, caracterásticas de diseöo de los diferentes dispositivos de uniñn. partiendo de las caracterásticas de diseöo. IdentificarÜ las diferencias de diseöo de los dispositivos de uniñn. A partir de las caracterásticas de diseöo explicar las diferencias en el funcionamiento de los diferentes dispositivos de uniñn. Consultar los parümetros reportados en los manuales de los dispositivos. Obtener las curvas caracterásticas de diferentes dispositivos. NÉmero de unidad: 4 Nombre de la unidad: Dispositivos Bipolares y Monopolares Objetivo Educacional Actividades de Aprendizaje BibliografÑa El alumno diferenciarü la Elaborar los diagramas de bandas de 2,4 y 5 construcciñn, caracterásticas energáa para los dispositivos PNP y NPN. y comportamiento eléctrico Deducir el funcionamiento de los de los transistores bipolares y unipolares dispositivos en términos de portadores de corriente a partir de la polarizaciñn de las

7 uniones. Explicar el funcionamiento de los transistores bipolares a partir de los diagramas de bandas. Deducir el funcionamiento del FET a partir de la polarizaciñn. Explicar las diferencias de diseöo entre los FET y los MOSFET. Consultar los parümetros especáficos reportados por el fabricante para los transistores bipolares y para los FETS. Medir parümetros especáficos del transistor bipolar y del transistor efecto de campo por medio del trazador de curvas. 9. PrÇcticas propuestas Practica No. 1 Comprobacion la teoráa de bandas a través de un simulador Practica No. 2 ObtenciÑn de las caracterásticas del diodo rectificador y Zener Practica No. 3 ObtenciÑn de las caracterásticas del diodo Tunel y diodo varactor Practica No. 4 ObtenciÑn de las caracterásticas del LED y fotodiodo Practica No. 5 ObtenciÑn de las curvas caracterásticas y parümetros del Transistor bipolar Practica No. 6 ObtenciÑn de las curvas caracterásticas y parümetros del Transistor de efecto de campo 10.Fuentes de informaciän 1. Abella J. M., Martánez-Duart, J. M. (1996). Fundamentos de electränica fåsica y microelectränica.usa: Adison-Wesley, Universidad AutÑnoma de Madrid. 2. Boylestad, R. Nashelsky L. (1989). ElectrÄnica: TeorÅa de circuitos. MÉxico: Prentice Hall. 3. Gamboa M. Reyner H. (1989). IntroducciÄn a la fåsica electränica. MÉxico: IPN.

8 4. Garcáa Margarita Zepeda A.(1985). Dispositivos electränicos. Tomo I y II. MÉxico: IPN. 5. Jasprit, Sing Dispositivos Semiconductores, MÉxico: Mc. Graw Hill 6. Pierret, Robert F. (1996). Semiconductor Device Fundamentals. USA: Addison- Wesley. 7. Streetman. (2003). Solide State Electronic Device. USA: Prentice Hall. 8. Sze S.M.E Physics of Semiconductors Devices. USA: John Wiley and Sons Inc (à 9. http/jas.eng.buffalo.edu/education

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