PROGRAMA DE LA ASIGNATURA "Materiales Electrónicos" Grado en Ingeniería de Materiales. Departamento de Electrónica y Electromagnetismo

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1 PROGRAMA DE LA ASIGNATURA "Materiales Electrónicos" Grado en Ingeniería de Materiales Departamento de Electrónica y Electromagnetismo Facultad de Física DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA Titulación: Año del plan de estudio: Centro: Asignatura: Código: Tipo: Curso: Período de impartición: Grado en Ingeniería de Materiales 2011 Facultad de Física Materiales Electrónicos Obligatoria 4º Cuatrimestral Ciclo: Área: Electrónica (Área responsable) Horas : 150 Créditos totales : Departamento: Dirección física: Dirección electrónica: 6.0 Electrónica y Electromagnetismo (Departamento responsable) FACULTAD DE FÍSICA, AVDA. REINA MERCEDES, S/N SEVILLA OBJETIVOS Y COMPETENCIAS Objetivos docentes específicos - Ofrecer una visión lo más completa posible de los materiales empleados en electrónica, con énfasis en aplicaciones de micro y nanoelectrónica - Conocer los principios esenciales relacionados con la evolución de las tecnologías microelectrónicas y nanoelectrónicas - Saber cuáles son los materiales, procesos y tecnologías empleados en la fabricación de circuitos integrados actuales - Estudiar las propiedades físicas, composición, caracterización y procesos de fabricación de dichos materiales - Conocer los principales dispositivos microelectrónicos formados por la agregación de materiales semiconductores - Saber modelar y analizar el funcionamiento de dispositivos electrónicos dependiendo de los materiales que lo forman y de cómo se agregan entre si Curso de entrada en vigor: 2013/ de 6

2 - Saber modelar y analizar las principales no-idealidades de los micro- y nano-circuitos debido a las deficiencias tecnológicas de los materiales que los forman - Conocer y saber utilizar los documentos técnicos de las tecnologías de fabricación de circuitos integrados - Saber cuáles son las materiales y propiedades que se deben utilizar en aplicaciones de nanoelectrónica - Conocer las aplicaciones, ventajas e inconvenientes del uso de los diferentes materiales y tecnologías de fabricación - Saber acceder a las diversas fuentes de información de la red con el fin de estar permanentemente al día del estado del arte de materiales y dispositivos electrónicos - Transmitir el entusiasmo por el conocimiento tecnológico en micro- y nano-electrónica. Competencias: Competencias transversales/genéricas Capacidad de análisis y síntesis Capacidad de organizar y planificar Conocimientos generales básicos Solidez en los conocimientos básicos de la profesión Comunicación oral en la lengua nativa Comunicación escrita en la lengua nativa Conocimiento de una segunda lengua Habilidades elementales en informática Habilidades para recuperar y analizar información desde diferentes fuentes Resolución de problemas Toma de decisiones Capacidad de crítica y autocrítica Trabajo en equipo Habilidades en las relaciones interpersonales Habilidades para trabajar en grupo Habilidades para trabajar en un equipo interdisciplinario Habilidad para comunicar con expertos en otros campos Habilidad para trabajar en un contexto internacional Compromiso ético Capacidad para aplicar la teoría a la práctica Capacidad para un compromiso con la calidad ambiental Habilidades de investigación Capacidad de aprender Capacidad de adaptación a nuevas situaciones Capacidad de generar nuevas ideas Liderazgo Competencias específicas COGNITIVAS - Conocer la problemática general, aplicaciones, tendencias y retos en la fabricación de materiales y dispositivos electrónicos - Aprender los distintos tipos de materiales desde el punto de vista eléctrico, particularmente semiconductores, su estructura y los procesos de transporte de carga dentro de los mismos - Conocer las principales dispositivos microelectrónicos formados por la agregación de materiales semiconductores, especialmente uniones p-n, transistores y heterouniones - Saber cuáles son los materiales, procesos y tecnologías empleados en la fabricación de dispositivos electrónicos - Conocer los principios esenciales relacionados con la evolución de las tecnológias microelectrónicas así como su implicación en el uso de nuevos materiales y dispositivos - Aplicación de materiales en nanoelectrónica PROCEDIMENTALES/INSTRUMENTALES - Saber aplicar el uso de materiales al diseño, fabricación y verificación de dispositivos electrónicos - Saber modelar y analizar el funcionamiento de dispositvos electrónicos dependiendo de los materiales que lo forman y de cómo se agregan entre si Curso de entrada en vigor: 2013/ de 6

3 - Saber utilizar los documentos característicos de las tecnologías de fabricación - Saber emplear herramientas CAD de apoyo en el diseño y fabricación de chips - Saber modelar y analizar las principales no-idealidades de los micro- y nano-circuitos debido a las deficiencias tecnológicas de los materiales que los forman - Saber elaborar un documento técnico sobre un proyecto de ingeniería, particularmente relacionado con materiales electrónicos - Saber transmitir correctamente los resultados de un proyecto de ingeniería (tecnología de materiales electrónicos) de una forma clara y concisa - Saber trabajar cooperativamente para la realización de un proyecto - Saber utilizar una tecnología de fabricación de una forma eficiente - Saber acceder a las diversas fuentes de información de la red con el fin de estar permanentemente al día del estado del arte de materiales y dispositivos electrónicos - Aprender a aprender y a ser autodidacta ACTITUDINALES - Ser autocrítico y riguroso en la evaluación de resultados - Ser claro y preciso en la redacción de documentos técnicos - Ser capaz de planificar y coordinar convenientemente la ejecución de un trabajo en el tiempo fijado - Ser capaz de abordar los retos nuevos que se presenten en el desarrollo de la actividad profesional CONTENIDOS DE LA ASIGNATURA BLOQUE I: INTRODUCCIÓN Y ASPECTOS GENERALES - Tema 1: Introducción a los materiales electrónicos Revisión histórica, fundamentos y conceptos básicos de electrónica Evolución de las tecnologías y materiales electrónicos Aplicaciones de la micro/nano-electrónica Retos y tendencias de materiales, tecnologías y dispositivos electrónicos. Objetivos de la asignatura Materiales Electrónicos. BLOQUE II: MATERIALES SEMICONDUCTORES Y PROCESOS DE FABRICACIÓN - Tema 2: Materiales semiconductores Fundamentos de materiales semiconductores Estructura física. Estructura cristalina. Modelo de enlace y teoría de bandas Propiedades y concentración de portadores. Semiconductores intrínsecos y extrínsecos Fenómenos de no equilibrio y procesos de transporte de carga. Arrastre. Difusión. Recombinación-generación. Ecuaciones de estado. - Tema 3: Tecnologías y procesos de fabricación Revisión de las tecnologías y procesos de fabricación de materiales electrónicos Técnicas de fabricación de circuitos integrados. Crecimiento del cristal. Oxidación. Fotolitografía y etching. Difusión e implantación iónica. Epitaxia. Metalización Procesos tecnológicos microelectrónicos. Tecnología CMOS y BiCMOS Layout y reglas de diseño de microchips Tendencias y retos de los procesos de fabricación empleados en Nanoelectrónica BLOQUE III: APLICACIONES DE LOS MATERIALES ELECTRÓNICOS - Tema 4: Materiales y dispositivos microelectrónicos Introducción a los dispositivos microelectrónicos. Consideraciones generales y clasificación Diodo de unión p-n. Diagramas de bandas de energía. Estructura física y caracterización eléctrica. Fotodiodos y aplicaciones en optoelectrónica Curso de entrada en vigor: 2013/ de 6

4 Acción transistor. Estructura de transistor de unión bipolar - BJT. Diagramas de bandas de energía y regiones de operación. Caracterización y modelo de Ebers-Moll. Transistor bipolar de heterounión Transistores de efecto campo: J-FET, MESFET y MOSFET. Estructura física. Caracterización estática y dinámica Transistores MOS empleados en tecnologías nanométricas Heteroestructuras semiconductoras y transistores de heterounión - Tema 5: Materiales y dispositivos nanoelectrónicos Introducción a la Nanoelectrónica. Fundamentos y clasificación de los nanomateriales y nanodispositivos electrónicos Nanomateriales y nanoestructuras basadas en confinamientos cuánticos. Pozos cuánticos, nanohilos y puntos cuánticos Nanoestructuras y dispositivos basados en efecto túnel resonante Nanodispositivos de un único electrón. Nanoelectrónica molecular. Nanodispositivos basados en carbono. Nanotubos de carbono y grafeno Espintrónica. Materiales y dispositivos espintrónicos. Aplicación a la computación cuántica ACTIVIDADES FORMATIVAS Relación de actividades formativas del cuatrimestre Clases teóricas 3 Las sesiones teóricas consistirán en la exposición oral por parte del profesor de los contenidos teóricos fundamentales de la asignatura. Para ello se hará uso de los medios audiovisuales disponibles en la Facultad de Física, tales como video-proyección, transparencias, pizarra electrónica, etc. En cada sesión se presentarán los fundamentos y principios teóricos correspondientes a la lección de ese día, reforzados por la realización de ejercicios prácticos, simulaciones por ordenador, etc. Se fomentará la participación activa de los alumnos en clase mediante la invitación a realizar los ejercicios que se están discutiendo y mediante pequeñas preguntas sobre el tema que pretenden mantener la atención durante toda la sesión. Asimismo se acompañarán dichas sesiones con todos los materiales de apoyo pedagógico al alcance del profesor, como por ejemplo, microfotografías de circuitos integrados, obleas, demostraciones prácticas, uso intensivo de dispositivos tipo tablet, etc. Prácticas de Laboratorio 1 Las sesiones prácticas consistirán en la realización por parte de los alumnos de una serie de trabajos prácticos de dos tipos fundamentalmente: montajes experimentales y simulaciones por ordenador. Estas sesiones tienen un doble propósito. Por un lado se pretenden reforzar los conceptos estudiados en las sesiones teóricas. Por otro lado, se pretende que el alumno se acerque al mundo real de la aplicación de distintos materiales en micro/nanoelectrónica AAD con presencia del profesor 3.0 Curso de entrada en vigor: 2013/ de 6

5 AAD sin presencia del profesor 3 Estudio y preparación de trabajos 6 Exposiciones y seminarios 6.0 Cada bloque temático se impartirá un seminario específico encaminado a sincronizar los conocimientos básicos sobre ciertos temas, con el fin de cubrir los aspectos más avanzados, tratados forzosamente con menos profundidad en las sesiones de aula. Tutorías colectivas de contenido programado 2.0 Tutorías individuales de contenido programado 1.0 Exposición de los trabajos realizados 3.0 Visitas y control de lectura obligatoria 5.0 Exposición y debate de temas de actualidad relacionados con la asignatura, visitas a centros de investigación y empresas del sector, etc. Asimismo, se hará un control de la lectura de ciertos textos que el profesor exigirá a los alumnos y cuya lectura será controlada periódicamente y discutida con el profesor. SISTEMAS Y CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y CALIFICACIÓN Realización de un examen teórico-práctico. En el examen se permitirá el uso de un formulario cuyo contenido se explicará con antelación. Se considerará que el alumno ha aprobado la asignatura si supera la puntuación de 5 sobre 10 en el ejercicio escrito y ha superado las prácticas y trabajos obligatorios correspondientes a cada bloque temático. Curso de entrada en vigor: 2013/ de 6

6 Realización de ejercicios y prácticas La realización de prácticas y/o trabajos opcionales teórico-prácticos voluntarios será tenida en cuenta para la calificación final, aumentando la obtenida en los casos anteriores hasta un máximo de 2 puntos (sobre 10), lógicamente siempre que no se produzca saturación de la nota. Curso de entrada en vigor: 2013/ de 6