Comportamiento Electrónico, Térmico, Óptico y Magnético de los Materiales

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.

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.

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

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

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.

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.

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).

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

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.

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%.

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.

Para la adquisición de las competencias previstas en esta asignatura se recomienda la asistencia y participación activa en todas las actividades programadas.

Al igual que en la evaluación ordinaria, se recomienda haber asistido y participado activamente en las actividades programadas durante el periodo lectivo.