COMPORTAMIENTO ELECTRÓNICO DE MATERIALES
DOBLE TITULACIÓN GR. EN ING.DE MATERIALES/ GR. EN ING. MECÁNICA
Curso 2022/2023
1. Datos de la asignatura
(Fecha última modificación: 07-05-22 19:28)- Código
- 106922
- Plan
- ECTS
- 6
- Carácter
- Curso
- 3
- Periodicidad
- Primer Semestre
- Idioma
- ESPAÑOL
- Área
- ELECTRÓNICA
- Departamento
- Física Aplicada
- Plataforma Virtual
Datos del profesorado
- Profesor/Profesora
- Beatriz García Vasallo
- Grupo/s
- 1
- Centro
- E. Politécnica Superior de Zamora
- Departamento
- Física Aplicada
- Área
- Electrónica
- Despacho
- Despacho 201. Edificio Politécnica / T2102 (Trilingüe)
- Horario de tutorías
- Ver en : https://politecnicazamora.usal.es/estudiantes/#informacion-academica
- URL Web
- http://nanoelec.usal.es
- bgvasallo@usal.es
- Teléfono
- 923294500 Ext. 3776/ 6330
2. Sentido de la materia en el plan de estudios
Bloque formativo al que pertenece la materia.
Comportamiento Electrónico, Térmico, Óptico y Magnético de los Materiales
Papel de la asignatura.
Asignatura de carácter Obligatorio, dentro del tercer curso del plan de estudios.
En esta asignatura se plantean las bases del conocimiento de las propiedades físicas de los principales materiales empleados en microelectrónica. Los dispositivos electrónicos más importantes y aplicaciones en el sector industrial se tratan en la asignatura de Materiales para dispositivos microelectrónicos, nanoelectrónicos y fotovoltaicos del cuarto curso. Sus procesos de fabricación y el procesamiento de los materiales electrónicos son explicados en la asignatura de Procesos y tecnologías de fabricación en electrónica del cuarto curso.
Perfil profesional.
Adquisición de conocimientos de las propiedades de los materiales empleados en Electrónica, que han de servir al futuro ingeniero como pilar básico para el desarrollo e investigación de nuevos materiales y sus aplicaciones. La asignatura permite adquirir las bases teóricas del conocimiento de la estructura y propiedades de los materiales para su consideración en un amplio campo de trabajo, desde las energías renovables al diseño de transistores y dispositivos que aprovechen las propiedades físicas de nuevos materiales o de los ya empleados en la actualidad. Asimismo, se adquirirán las destrezas necesarias para la caracterización de las propiedades eléctricas de los materiales en el laboratorio, tales como medida de la conductividad, parámetros de la estructura de bandas, etc. que pueden ser de gran utilidad al futuro ingeniero.
3. Recomendaciones previas
Es muy recomendable poseer conocimientos avanzados de Física y Matemáticas y haber cursado previamente “Fundamentos de Electrónica” e “Instrumentación Electrónica” del segundo curso.
4. Objetivo de la asignatura
Generales: Conocer y calcular el comportamiento electrónico y dieléctrico de los materiales y relacionar su estructura con las propiedades. Adquisición por parte del futuro ingeniero de los fundamentos teóricos y prácticos del comportamiento de los materiales empleados en Electrónica.
Específicos: Conocimiento de los principios básicos de la mecánica cuántica. Estudiar y conocer las propiedades electrónicas de materiales conductores, aislantes y semiconductores así como sus propiedades dieléctricas.
5. Contenidos
Teoría.
Tema I: Orígenes de la Física Cuántica
I.1 Las ecuaciones de la Física Clásica: de Newton a Maxwell
I.2 Propiedades corpusculares de la radiación
I.2.a Postulado de Planck
I.3 Propiedades ondulatorias de la materia
I.4 Modelos atómicos: el átomo clásico y el modelo de Bohr-Rutherford
I.5 Teoría de Schrödinger de la mecánica cuántica
I.6 Aplicaciones: Efectos cuánticos en dispositivos y AFM
Tema II: Estructura de la materia y bandas de energía
II.1 El sólido cristalino: Red directa y red recíproca
II.2 Orbitales y teorema de Bloch
II.3 Estructura de Bandas
Tema III: Física de semiconductores
III.1 Semiconductores más usuales: Silicio y GaAs
III.2 Semiconductores intrínseco y extrínseco
III.3 Semiconductores intrínseco en equilibrio
III.4 Semiconductor extrínseco en equilibrio
Tema IV: Propiedades de transporte de semiconductores
IV.1 Arrastre de portadores: definición, movilidad y resistividad/conductividad
IV.2 Difusión de portadores: definición
IV.3 Generación y recombinación: definición e idea intuitiva
IV.4 Ecuaciones de estado
Tema V: Propiedades dieléctricas de los materiales
V.1 Introducción: definición y condensadores
V.2 Caracterización microscópica: tipos de polarización
V.3 Caracterización macroscópica
V.4 Respuesta en frecuencia
V.5 Ruptura dieléctrica
V.6 Materiales ferroeléctricos, piroeléctricos y piezoeléctricos
V.7 Aplicaciones
Práctica.
El contenido de las clases teóricas se complementará mediante seminarios de problemas de los Temas 1-5 así como con ejercicios para resolver en casa.
Prácticas de Laboratorio
PRÁCTICA 1.- Medida del gap del Germanio
PRÁCTICA 2.- Medidas de la movilidad mediante efecto Hall
PRÁCTICA 3.- Medida de permitividades
6. Competencias a adquirir
Básicas / Generales.
CG1. Que los estudiantes adquieran la capacidad de trabajo interdisciplinar inherente a la ciencia e ingeniería de los materiales.
CB1. Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en el área/s de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel, que si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio.
CB2. Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y resolución de problemas dentro de su área de estudio.
CB3. Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.
CB4. Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.
CB5. Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía.
Específicas.
CEI1. Que los estudiantes sepan resolver los problemas matemáticos que puedan plantearse en la ingeniería, mostrando aptitud para aplicar los conocimientos sobre: álgebra lineal; geometría; geometría diferencial; cálculo diferencial e integral; ecuaciones diferenciales y en derivadas parciales; métodos numéricos; algorítmica numérica; estadística y optimización.
CEI2. Que los estudiantes adquieran comprensión y dominio de los conceptos básicos sobre las leyes generales de la mecánica, termodinámica, campos y ondas y electromagnetismo y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.
CEE2. Que los estudiantes describan y modelicen el comportamiento (mecánico, electrónico, óptico, térmico, magnético, químico) de los materiales y su integración en componentes y dispositivos.
7. Metodologías
Clases magistrales de teoría
Se expondrá el contenido teórico de los temas en clases presenciales, para transmitir a los estudiantes los conocimientos ligados a las competencias previstas.
Seminarios
Se realizarán seminarios que permitirán fijar y ampliar los conocimientos adquiridos en las sesiones magistrales. Se desarrollarán los conceptos clave por medio de cuestiones y ejemplos especialmente diseñados al efecto, de forma que los estudiantes adquieran las competencias previstas, en grupos reducidos y con la participación activa de los alumnos. Asimismo, se propondrán ejercicios y cuestiones adicionales para la resolución individual y entrega por parte de los alumnos.
Clases prácticas (laboratorio)
Las clases prácticas se realizarán en el Laboratorio de Electrónica (210, Ed. Piedra). Consistirán en el montaje y la utilización de la instrumentación necesaria aplicando los conceptos desarrollados en las clases teóricas y de problemas. Eventualmente se puede emplear el uso de simuladores. Los estudiantes elaborarán informes sobre los resultados obtenidos en las prácticas.
Tutorías
Las tutorías tienen como objetivo fundamental que los estudiantes puedan exponer las dificultades y dudas que les hayan surgido, tanto en la comprensión de la teoría como en la resolución de los problemas.
Trabajos
Los alumnos realizarán trabajos sobre temas afines a la materia. Se fomentará el debate y la discusión de los trabajos por parte de todos los estudiantes en sesiones en grupos reducidos donde se expondrán los mismos.
Interacción online
Se realizará mediante la plataforma Studium de la USAL. Se utilizará para la planificación, el intercambio de documentos y la interacción habitual con los estudiantes para el desarrollo de las actividades previamente descritas.
8. Previsión de Técnicas (Estrategias) Docentes
9. Recursos
Libros de consulta para el alumno.
P. A. Tipler y G. Mosca. Física para la ciencia y la tecnología (Física Moderna: Mecánica cuántica, relatividad y estructura de la materia). Reverté (2010).
J. M. Albella-Martín, J. M. Martínez-Duart y F. Agulló-Rueda. Fundamentos de Microelectrónica, Nanoelectrónica y Fotónica. Prentice-Hall (2005).
D. Pardo Collantes y L. A. Bailón Vega. Elementos de Electrónica. Ediciones Universidad de Salamanca (2006).
Pierret, R. F., Fundamentos de semiconductores, Addison Wesley, (1994).
Otras referencias bibliográficas, electrónicas o cualquier otro tipo de recurso.
Libros online:
Albella-Martín J., Fundamentos de Electrónica Física y Microelectrónica
http://www.icmm.csic.es/fis/gente/josemaria_albella/electronica_indice.html
http://ecee.colorado.edu/~bart/book/
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html
Material proporcionado a través del Campus Virtual (Studium) de la USAL
10. Evaluación
Consideraciones generales.
La evaluación de las competencias de la asignatura se basará en el trabajo continuado, controlado periódicamente con diferentes instrumentos de evaluación, conjuntamente con una prueba escrita final.
Criterios de evaluación.
La adquisición de las competencias se evaluará a partir de la valoración de los resultados de aprendizaje de carácter teórico y práctico mediante actividades de evaluación continua y una prueba escrita final de acuerdo con los siguientes pesos porcentuales sobre la nota final:
La prueba escrita final tendrá un peso del 50%, siendo necesario un mínimo de 4.0 puntos sobre 10 para la aprobación de la asignatura.
La valoración de informes y resolución de problemas tendrá un peso del 40%.
La valoración de la asistencia y participación activa en las actividades, incluidas las tutorías individuales o colectivas tendrá un peso del 10%.
Instrumentos de evaluación.
Prueba escrita final en forma de cuestiones teóricas y prácticas.
Resolución individual de ejercicios propuestos e informes de laboratorio.
Asistencia activa a las prácticas y seminarios de la asignatura incluyendo la elaboración de informes, discusión, análisis y conclusiones de los resultados.
Recomendaciones para la evaluación.
Para la adquisición de las competencias previstas en esta asignatura se recomienda la asistencia y participación activa en todas las actividades programadas.
Recomendaciones para la recuperación.
Al igual que en la evaluación ordinaria, se recomienda haber asistido y participado activamente en las actividades programadas durante el periodo lectivo.