Tecnología Microelectrónica

Transcripción

1 Tecnología Microelectrónica Máster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación Universidad de Alcalá Curso Académico 2017/2018 Curso 1º Cuatrimestre 2º

2 GUÍA DOCENTE DETALLADA Nombre de la asignatura: Tecnología Microelectrónica Código: Titulación en la que se imparte: Departamento y Área de Conocimiento: Carácter: Obligatoria Créditos ECTS: 3 Curso y cuatrimestre: Máster en Ingeniería de Telecomunicación Electrónica / Tecnología Electrónica 1º curso / 1º cuatrimestre Profesorado: Ana Jiménez Martín Horario de Tutoría: Idioma en el que se imparte: Consultar página web Español Página web de información de la asignatura 1.a. PRESENTACIÓN La asignatura de Tecnología Microelectrónica pretende introducir al alumno en el estudio de circuitos desde el más bajo nivel. Se realiza una introducción a los materiales semiconductores y los dispositivos basados en estos que justifican las bases de diseño y limitaciones de los circuitos vistos en cursos previos. Posteriormente se introduce el propio proceso de fabricación de circuitos integrados. Prerrequisitos y Recomendaciones Debido a su naturaleza de materia de formación específica de la titulación, se recomienda haber adquirido las competencias correspondientes a las materias básicas y comunes de formación en Fundamentos de Electrónica (Electrónica Básica, Electrónica Digital, Electrónica de Circuitos, Diseño Electrónico y Tecnología Electrónica). Se utilizará el Aula Virtual (plataforma Blackboard) como herramienta de comunicación entre alumno y profesor, así como para publicar el material docente y actividades del curso, por lo que se recomienda esté actualizado con una dirección de correo en uso y una fotografía identificativa. Se recomienda que el alumno realice un estudio continuado de la asignatura y realice las distintas actividades propuestas ya que se trata de una asignatura acumulativa y, por lo tanto, el no realizarlo podría suponer la desconexión en el proceso enseñanza-aprendizaje. 2

3 1.b. COURSE SUMMARY The subject of Microelectronics Technology is a compulsory 3 ECTS course included in the first semester - first year of the Master of Telecommunication Engineering. The course is designed to teach the physical principles and operational characteristics of advanced semiconductor electronic devices with emphasis on field-effect transistors. The course provides elementary background in solid state electronic devices and is intended to help students to continue advanced research in the variety of different branches of semiconductor microelectronics. This course provides also an overview of processing steps for semiconductor device fabrication. The goal of this course is to give a thorough understanding of the design and process technology of modern integrated circuits and a clear understanding of the economic and technical trade-offs inherent in this industry. 2. COMPETENCIAS Competencias básicas, generales y transversales. Esta asignatura contribuye a adquirir las competencias básicas, generales y transversales CB6, CB7, CB8, CB9, CB10, CG1-6, CT1-5 definidas en el apartado 3 del plan de estudios. Competencias de Carácter Profesional Esta asignatura proporciona la siguiente competencia de carácter profesional definida en el apartado 5 del Anexo de la Orden CIN/355/2009: Código CTecTel10 CTecTel14 Competencias de carácter profesional Capacidad para diseñar y fabricar circuitos integrados. Capacidad para desarrollar instrumentación electrónica, así como transductores, actuadores y sensores. Capacidad para la integración de tecnologías y sistemas propios de la Ingeniería de Telecomunicación, con carácter generalista, y en contextos más amplios y multidisciplinares como por ejemplo en bioingeniería, conversión fotovoltaica, nanotecnología, telemedicina. Resultados del Aprendizaje: Al finalizar con éxito esta asignatura/enseñanza, los estudiantes serán capaces de: RA1. Capacidad para explicar el principio de funcionamiento y características de los dispositivos electrónicos basados en semiconductor e interesarse por las actuales tecnologías. 3

4 RA2. Capacidad para describir procesos tecnológicos de fabricación de circuitos integrados e identificar los diferentes procesos que tienen lugar. RA3. Capacidad para identificar las limitaciones de los dispositivos electrónicos con su estructura interna y procesos de fabricación. RA4. Trabajar conjuntamente para valorar y expresar correctamente resultados de forma escrita a través de informes técnicos. 3. CONTENIDOS A continuación se detalla el contenido de los temas teórico-prácticos que constituyen el curso. Bloques de contenido Total de horas teórico-prácticas* Tema 1.- Materiales semiconductores: características de la conducción eléctrica, diagrama de bandas. Tema 2.- Unión pn: Estática de la unión, característica I-V, efectos capacitivos. Dispositivos basados en unión pn. Tema 3.- Dispositivos FET y su evolución. El diodo MOS, funcionamiento del MOSFET e inversor CMOS. Evolución de la estructura clásica hacia dispositivos actuales. Heteroestructuras. Tema 4 Introducción a los procesos tecnológicos para la fabricación de circuitos integrados. Introducción a la fabricación de circuitos integrados. Crecimiento de capas. Procesos de oxidación. Procesos de dopaje. Proceso fotolitográfico. Procesos de ataque. Depósito de capas. Tema 5.- Tecnologías de fabricación de circuitos integrados Introducción a la tecnología CMOS * Las horas prácticas dedicadas a la resolución de problemas se engloban en el total de horas ya que se irán impartiendo conjuntamente con la teoría: horas teórico-prácticas. Incluye ejercicios tanto de síntesis como con herramienta propia de diseño, modelado y simulación Cronograma La temporización y el cronograma final de la asignatura se adaptarán al calendario oficial correspondiente y será publicado en la página web de la asignatura al inicio del curso. 4

5 4. METODOLOGÍAS DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE.-ACTIVIDADES FORMATIVAS 4.1. Distribución de créditos Número de horas presenciales: Número de horas del trabajo propio del estudiante: Total horas 30 horas (28 horas de clases presenciales + 2 horas de evaluación) 46 horas 75 horas 4.2. Estrategias metodológicas, materiales y recursos didácticos En el proceso de enseñanza-aprendizaje se realizarán las siguientes actividades formativas: Clases teóricas basadas en clases expositivas que permitan al docente introducir los conocimientos necesarios para el correcto desarrollo del proceso de aprendizaje. Dicha exposición se apoyará en una estrategia de aprendizaje JITT (Just in time teaching). El objetivo es conseguir que el alumno realice un estudio previo y se prepare el contenido con anterioridad a la clase, de manera que se libera tiempo en ella para profundizar en los aspectos más problemáticos de la clase, puestos de relieve por las respuestas de los alumnos a un cuestionario de estudio; o, para el desarrollo de actividades complementarias que contribuyen a la adquisición, asimilación e integración de los contenidos docentes. Las sesiones de aula se realizaran en formato de gran grupo, fomentando modelos inductivos basados en el planteamiento y resolución de problemas mediante la argumentación y discusión. Clases en grupo pequeño. Se centrarán en la resolución ejercicios y problemas tanto de síntesis como de simulación, de forma participativa. El objetivo de estas clases será promover un aprendizaje significativo que permita al alumno profundizar en los conocimientos teóricos adquiridos, relacionarlos y aplicarlos de manera creativa a la resolución de situaciones que, a medida que avance el curso, irán pareciéndose paulatinamente a problemas de ingeniería reales. Así mismo, permitirán realizar el seguimiento del trabajo colaborativo. Dentro de las diversas actividades formativas al alumno se le irán proponiendo actividades y tareas tanto teóricas como prácticas. Además se podrán utilizar, entre otros, los siguientes recursos complementarios: Trabajos individuales o en grupo: que podría suponer, además de su realización, la correspondiente exposición pública ante el resto de compañeros para propiciar el debate. Asistencia a conferencias, reuniones o discusiones científicas relacionadas con la materia. Se potenciará el trabajo colaborativo que según Driscoll y Vergara se define como un trabajo realizado por varias personas cuyo objetivo no es sólo el de trabajar juntos, sino el de cooperar en el logro de una meta. Estos autores señalan que son cinco los elementos que caracterizan el trabajo colaborativo y, por lo tanto, se realizará un seguimiento con el objetivo de que se cubran todas ellas. Los cinco elementos fundamentales a desarrollar son: a. Responsabilidad individual: todos los miembros son responsables de su desempeño individual dentro del grupo. b. Interdependencia positiva: los miembros del grupo deben depender los unos de los otros para lograr la meta común. 5

6 c. Habilidades de colaboración: las habilidades necesarias para que el grupo funcione en forma efectiva, como el trabajo en equipo, liderazgo y solución de conflictos. d. Interacción promotora: los miembros del grupo interactúan para desarrollar relaciones interpersonales y establecer estrategias efectivas de aprendizaje. e. Proceso de grupo: el grupo reflexiona de forma periódica y evalúa su funcionamiento, efectuando los cambios necesarios para incrementar su efectividad. Durante todo el proceso de aprendizaje en la asignatura, el alumno deberá hacer uso de distintas fuentes y recursos bibliográficos o electrónicos, de manera que se familiarice con los entornos de documentación que en un futuro utilizará profesionalmente. Además, el profesorado facilitará los materiales necesarios para el seguimiento de la asignatura (fundamentos teóricos, ejercicios y problemas, manuales de prácticas, referencias audiovisuales, etc.) de manera que el alumno pueda cumplir con los objetivos de la asignatura, así como alcanzar las competencias previstas. El alumno dispondrá a lo largo del cuatrimestre de tutorías grupales (si son solicitadas por los propios alumnos) e individuales. Ya sea de manera individual o en grupos reducidos, estas tutorías permitirán resolver las dudas y afianzar los conocimientos adquiridos. Además, ayudarán a realizar un adecuado seguimiento de los alumnos y a evaluar el buen funcionamiento de los mecanismos de enseñanza-aprendizaje. 5. EVALUACIÓN: Procedimientos, criterios de evaluación y de calificación 5.1 CRITERIOS DE EVALUACIÓN El proceso de evaluación tiene por objetivo valorar el grado y profundidad de las competencias adquiridas por el alumno. En consecuencia, los criterios de evaluación que se apliquen en las diversas pruebas que forman parte del proceso, garantizarán que el alumno posee el nivel adecuado en los siguientes conocimientos y destrezas: CE1. Conocimiento de las propiedades fundamentales de los dispositivos basados en semiconductor. CE2. Capacidad para integrar los conocimientos conceptuales explicados en los distintos temas de teoría para poder resolver de manera correcta y creativa los problemas que se le planteen. CE3. Conocimiento los métodos de fabricación de circuitos y las tecnologías de fabricación de los mismos. CE4. Capacidad para analizar y describir dispositivos reales basados en semiconductor para su posterior integración en el diseño de un circuito electrónico, que den solución a los problemas planteados integrando los conocimientos adquiridos previamente en su formación sobre componentes discretos y descripción hardware y haciendo uso de los recursos bibliográficos y herramientas informáticas a su alcance. CE5. Capacidad para documentar, expresar y presentar adecuada y razonadamente, los trabajos teórico/prácticos realizados. 6

7 5.2 PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN El proceso de evaluación propuesto está inspirado en la evaluación continua, si bien, respetando la normativa de la Universidad de Alcalá, el alumno podrá acogerse a la evaluación final 1. La evaluación del proceso de aprendizaje de todos los alumnos que no cursen solicitud al respecto o vean denegada la misma se realizará, por defecto, de acuerdo al modelo de evaluación continua descrito a continuación. A continuación se detallan los procedimientos de evaluación correspondientes a las convocatorias ordinaria y extraordinaria. A. Convocatoria ordinaria: A. 1. continua: Realizar las diferentes pruebas o ejercicios de evaluación que se establezcan a lo largo del curso. Realizar un trabajo colaborativo que se establecerá a lo largo del curso. Realizar una prueba de conjunto con varias cuestiones (análisis y/o síntesis) referidas a aspectos concretos del temario abarcado por las clases de teoría, ejercicios y simulaciones al finalizar el curso. A. 2. no continua. Los alumnos que opten por la evaluación final deberán superar una prueba final con los siguientes contenidos: Una prueba teórico-práctica, que abarcará de manera amplia los contenidos de todos los temas de las clases de teoría y ejercicios. Realizar un trabajo individual que será definido a lo largo del cuatrimestre. B. Convocatoria extraordinaria: B.1. continua: Para los alumnos que habiendo participado en el proceso de evaluación continua no la hayan superado satisfactoriamente, la convocatoria extraordinaria constará de: 1. Una prueba teórico-práctica, que abarcará de manera amplia los contenidos de todos los temas de las clases de teoría y ejercicios 2. Realizar un trabajo individual que será definido como mínimo un mes antes de la prueba oficial. Aquellos alumnos que habiendo sido evaluados en la convocatoria ordinaria no la hayan superado, podrán estar exentos de realizar el trabajo si hubiesen superado satisfactoriamente la evaluación de las competencias relacionadas con las mismas en la convocatoria ordinaria. B.2. no continua: El procedimiento de calificación para este tipo de evaluación será idéntico en ambas convocatorias. 1 Los alumnos tendrán un plazo de quince días para solicitar por escrito al Director de la Escuela Politécnica Superior su intención de acogerse al modelo de evaluación final aduciendo las razones que estimen convenientes según lo indicado en la normativa reguladora de los procesos de evaluación de los aprendizajes (aprobada en Consejo de Gobierno de 24 de marzo de 2011), Artículo 10, párrafo 2. 7

8 Nota: El objetivo de las pruebas intermedias en la evaluación continua no es fragmentar el examen final ni la nota en parciales individuales. Las pruebas de evaluación intermedia tienen las siguientes características: Permiten que el alumno conozca a lo largo del proceso de aprendizaje, con pruebas reales y objetivas, cuáles son los criterios de evaluación y calificación. Permiten que el alumno conozca a intervalos regulares los resultados del proceso de aprendizaje que ha llevado a cabo así como las competencias y las destrezas adquiridas. Dotan al profesorado de una medida de la calidad del proceso de implantación y desarrollo de la asignatura. No liberan materia para la prueba final, puesto que el objetivo de esta última prueba es evaluar la adquisición global de las competencias objetivo de la asignatura. 5.3 INSTRUMENTOS DE CALIFICACIÓN Esta sección especifica los instrumentos de evaluación que serán aplicados a cada uno de los criterios de. a) Entregable número 'n' (En), se trata de ejercicios o trabajos teórico-prácticos propuestos en clase a lo largo de la asignatura. b) Trabajo grupal (TG), Trabajo colaborativo centrado en la reflexión y relación entre distintos dispositivos y tecnologías abordados en la asignatura. Se realizarán seguimiento del mismo y finalizará con la elaboración de un informe técnico, siendo posible que se solicite la defensa oral del mismo. La evaluación se realizará mediante rúbricas consensuadas. c) Trabajo individual (TI), Trabajo teórico-práctico que persigue la reflexión y relación entre distintos dispositivos abordados en la asignatura. Se realizará seguimiento del mismo y finalizará con la elaboración de un informe técnico, siendo posible que se solicite la defensa oral del mismo. La evaluación se realizará mediante rúbricas consensuadas d) Prueba de evaluación final (PEF) con varias cuestiones (análisis y/o síntesis) referidas a aspectos concretos del temario abarcado por las clases de teoría, ejercicios y simulaciones. La PEF persigue evaluar la capacidad de relación de los conceptos aprendidos así como revisar los conceptos básicos evaluados en las distintas pruebas realizadas a lo largo de la asignatura. Por ello, la PEF permite mejorar la calificación final. 5.4 CRITERIOS DE CALIFICACIÓN Esta sección cuantifica los criterios de evaluación para la superación de la asignatura. A. Convocatoria ordinaria: A.1. continua: la relación entre los criterios, instrumentos y calificación es la siguiente: 8

9 Competencia Resultado de Aprendizaje Criterio de Instrumento de Peso en la calificación RA3, RA4 CE1, CE3; CE4, CE5 TG 20% RA3, RA4 CE1, CE2;CE3; CE4, CE5 En 40% RA3 CE1, CE2; CE3, CE4, CE5 PEF 40% Para considerar superada la continua, los alumnos deberán cumplir las siguientes condiciones: Haber realizado al menos el 70% de las diversas pruebas y ejercicios encomendados durante el curso. Obtener una calificación global ponderada igual o superior a 5 sobre 10. El alumno que siga el modelo de evaluación continua se considerará no presentado en la convocatoria ordinaria cuando no participe en el trabajo en grupo. A.2. final. cuyos criterios, instrumentos y calificación son los siguientes: Competencia Resultado de Aprendizaje Criterio de Instrumento de Peso en la calificación RA3, RA4 CE1, CE3; CE4, CE5 TI 20% RA3 CE1, CE2; CE3, CE4, CE5 PEF 80% 9

10 B. Convocatoria extraordinaria: B.1. continua: Para los alumnos que habiendo participado en el proceso de evaluación continua no la hayan superado satisfactoriamente, la convocatoria extraordinaria constará de: Competencia Resultado de Aprendizaje Criterio de Instrumento de Peso en la calificación RA3, RA4 CE1, CE3; CE4, CE5 TI / TG* 20% RA3 CE1, CE2; CE3, CE4, CE5 PEF 80% * Si el alumno hubiese realizado el trabajo en grupo en la convocatoria ordinaria, y superado satisfactoriamente la evaluación de las competencias relacionadas con mismas podrá conservar la calificación del trabajo para la convocatoria extraordinaria. B.2. final. El criterio de calificación para este tipo de evaluación será idénticos en ambas convocatorias. 6. BIBLIOGRAFÍA Bibliografía Básica Documentación explícitamente preparada por el profesorado para la asignatura, que será proporcionada a los alumnos de manera directa a través de la página web de la asignatura. S.M. Sze Semiconductor Devices. Physics and Technology John Wiley & Son, 1985 J. Singh. Dispositivos Semiconductores. McGraw Hill, 1997 J.M. Rabaey, A. Chandrakasan, B. Nikolic Circuitos Integrados Digitales Pearson Prentice Hall, 2ª Edición, R.F. Pierret, Temas selectos de ingeniería: Dispositivos de efecto campo y Fundamentos de semiconductores Addison-Wesley Iberoamericana, 2ª Edición, 1990 Lluís Prat Viñas & Josep Calderer Cardona. Dispositivos electrónicos y fotónicos. Fundamentos. Ediciones UPC Hu Chenming Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits. Prentice Hall, A. López, P. Ramos, L.M. Bergasa y P. Martín. Laboratorio de Prácticas de Dispositivos Electrónicos". Ed. Servicio de Publicaciones de la Universidad de Alcalá (2006). (Prácticas de simulación). Bibliografía Complementaria J.M. Albella, J.M. Martínez-Duart, F. Agulló-Rueda. "Fundamentos de microelectrónica, nanoelectrónica y fotónica", Prentice-Hall. M.N. Horenstein. Microelectrónica: circuitos y dispositivos. Prentice Hall. J. del Alamo Integrated Microelectronic Devices MIT Open Courseware 10