PROYECTO DOCENTE ASIGNATURA: "Materiales Electrónicos"

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Grupo: Gr. de Clases Teórico/Prácticas de Materiales Electrónicos(982028)

ASIGNATURA:

"Materiales Electrónicos"

DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA/GRUPO

Titulación:

Asignatura: Código:

Curso:

Año del plan de estudio:

Tipo: Ciclo: Período de impartición: Departamento: Créditos: Dirección postal: Centro: Dirección electrónica: 0º

FACULTAD DE FÍSICA, AVDA. REINA MERCEDES, S/N 41012 - SEVILLA Primer Cuatrimestre

Doble Grado en Química y en Ingeniería de Materiales

Materiales Electrónicos Facultad de Física

Electrónica y Electromagnetismo (Departamento responsable) 6

2011

5º Obligatoria 2320038

Gr. de Clases Teórico/Prácticas de Materiales Electrónicos (1) Grupo:

Horas: Área:

150

Electrónica (Área principal)

PROFESORADO

ROSA UTRERA, JOSE MANUEL DE LA 1

Titulacion: Doble Grado en Química y en Ingeniería de Materiales

Curso: 2016 - 2017

PROYECTO DOCENTE

COORDINADOR DE LA ASIGNATURA

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OBJETIVOS Y COMPETENCIAS

Competencias transversales/genéricas

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

- 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

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

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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

- 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

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• 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

• 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

- Tema 1. Introducción a los materiales electrónicos

Contenidos: Revisión histórica de la electrónica. La invención del transistor. El circuito integrado. Fundamentos y conceptos básicos de electrónica. Componentes principales de un circuito integrado. Materiales más importantes empleados en electrónica. Evolución y escalado de las tecnologías y materiales electrónicos. Retos y tendencias en investigación y desarrollo de materiales, tecnologías y dispositivos electrónicos.

Tiempo estimado: 12.5 horas (0.5 ECTS)

- Tema 2. Materiales semiconductores

Contenidos: 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 y ejemplos de aplicación.

Tiempo estimado: 25 horas (1 ECTS)

- Tema 3. Tecnologías y procesos de fabricación

Contenidos: Revisión de las tecnologías y procesos de fabricación de materiales electrónicos. Técnicas de fabricación de circuitos integrados. Crecimiento del cristal. Oxidación. Fotolitografía. Etching. Difusión e implantación iónica. Epitaxia. Metalización. Pasivación. Procesos tecnológicos microelectrónicos. Tecnología CMOS, BiCMOS y SOI. Layout y reglas de diseño de circuitos integrados. Introducción a técnicas de síntesis y fabricación de dispositivos nanoelectrónicos. Técnicas basadas en ATM. Nanograbado. Síntesis de grafeno y CNT.

- Tema 4. Materiales y dispositivos microelectrónicos

Contenidos: Introducción a los dispositivos microelectrónicos. Consideraciones generales y clasificación. Diodo de unión p-n. Estructura física. La unión p-n en equilibrio. Diagramas de bandas de energía, potencial y campo eléctrico. Análisis con polarización externa y

características I-V. Fotodiodos y aplicaciones: celdas solares, LEDs y diodos láser. Acción transistor. Estructura de transistor de unión bipolar BJT. Diagramas de bandas de energía y regiones de operación. Caracterización y modelo de Ebers-Moll. Fenómenos de segundo orden. Transistores de efecto campo: J-FET, MESFET y MOSFET. Estructura física. Caracterización estática y dinámica. Regiones de operación del transistor MOS. Transistores MOS empleados en tecnologías nanométricas. Tecnología MG-HK. Estructuras de transistor 3D y verticales: el transistor FinFET, Heteroestructuras semiconductoras. Transistores de heterounión: MODFET y HBT.

- Tema 5. Materiales y dispositivos nanoelectrónicos

Contenidos: Introducción a la Nanoelectrónica. La era post-silicio: “more Moore”, “more than Moore”, “beyond moore”. Fundamentos y clasificación de los nanomateriales y nanodispositivos electrónicos. Nanodispositivos emergentes en la nanoescala. Memristores.

Nanomateriales y nanoestructuras basadas en confinamientos cuánticos. Fundamentos. Dispositivos de efecto túnel. Transistores de un solo electrón. Potenciales aplicaciones y principales limitaciones. Materiales y dispositivos espintrónicos: MTJ y Spin-FET. Aplicación a la computación cuántica. Potenciales materiales para su construcción y problemas

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prácticos. Nanomateriales moleculares. Nanomateriales y nanodispositivos basados en Carbono. Propiedades físicas de los nanotubos de carbono (CNT) y del Grafeno. Transistores CNT-FET, G-FET y GNR-FET: comparativa con tecnología CMOS.

ACTIVIDADES FORMATIVAS

Relación de actividades formativas del cuatrimestre

Horas presenciales: Horas no presenciales:

Competencias que desarrolla:

Metodología de enseñanza-aprendizaje: 30.0

0.0

VÉASE EL APARTADO DE COMPETENCIAS ESPECÍFICAS.

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.

Clases teóricas

0.0

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

Prácticas de Laboratorio

3.0 0.0 AAD con presencia del profesor

0.0 30.0 AAD sin presencia del profesor

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0.0 60.0 Estudio y preparación de trabajos

0.0

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.

Exposiciones y seminarios

2.0 0.0

Tutorías colectivas de contenido programado

1.0 0.0

Tutorías individuales de contenido programado

3.0 0.0 Exposición de los trabajos realizados

0.0

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.

Visitas y control de lectura obligatoria

BIBLIOGRAFÍA E INFORMACIÓN ADICIONAL Bibliografía general

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Fundamentos de Microelectrónica, Nanoelectrónica y Fotónica J.M. Albella Martín Pearson Educación, 2005 Autores: Edición: Publicación: ISBN: Introduction to Nanoscience S.M. Lindsay

Oxford University Press, 2010

Autores: Edición:

Publicación: ISBN:

Understanding Microelectronics -- A Top-Down Approach

F. Maloberti Wiley, 2011 Autores: Edición: Publicación: ISBN: Introduction to Nanoelectronics V.V. Mitin et al.

Cambridge University Press, 2007

Autores: Edición: Publicación: ISBN: Microelectronics B. Razavi Wiley, 20114 Autores: Edición: Publicación: ISBN: Microelectronic Circuits A. Sedra 7

Oxford University Press, 2015

Autores: Edición:

Publicación: ISBN:

CMOS: Circuit Design, Layout, and Simulation

R.J. Baker 3 Wiley, 2011 Autores: Edición: Publicación: ISBN: Fundamentos de Semiconductores R.F. Pierret Edison-Wesley, 1994 Autores: Edición: Publicación: ISBN:

Introduction to Microelectronic Fabrication

R.C. Jaeger Edison-Wesley, 1987

Autores: Edición:

Publicación: ISBN:

Semiconductor Devices: Physics and Technology

S.M. Zse 2

Wiley, 2001

Autores: Edición:

Publicación: ISBN:

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Base de datos bibliográfica del Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE): http://ieeexplore.ieee.org Información adicional Introduction to Nanotechnology C.P. Poole, F.J. Owens Wiley, 2003 Autores: Edición: Publicación: ISBN:

Electronic Materials Science

E.A. Irene Wiley, 2005

Autores: Edición:

Publicación: ISBN:

Theory of Modern Electronic Semiconductor Devices

K.F. Brennan, A.S. Brown Wiley, 2002

Autores: Edición:

Publicación: ISBN:

Electronic Materials and Devices

D. Ferry, J. Bird Elsevier, 2001

Autores: Edición:

Publicación: ISBN:

Understanding Nanomaterials

M.S. Johal, L.E.V. Johnson CRC Press, 2001

Autores: Edición:

Publicación: ISBN:

Fundamentals of Semiconductor Fabrication

G.S. May, S.M. Sze Wiley, 2004

Autores: Edición:

Publicación: ISBN:

Molecular Electronics: From Principles to Practice

M. C. Petty Wiley, 2007

Autores: Edición:

Publicación: ISBN:

Carbon Nanotubes and Graphene

T. Iijima Elsevier, 2014

Autores: Edición:

Publicación: ISBN:

Nanoelectronics and Information Technology -- Advanced Electronic Materials and Novel Devices

R. Waser (Editor) Wiley-VCH, 2013

Autores: Edición:

Publicación: ISBN:

Emerging Nanoelectronic Devices

A. Chen Wiley 2014

Autores: Edición:

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Sistema de evaluación

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. 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.

CALENDARIO DE EXÁMENES

La información que aparece a continuación es susceptible de cambios por lo que le recomendamos que la confirme con el Centro cuando se aproxime la fecha de los exámenes.

CENTRO: Facultad de Física

31/1/2017 9:30 Por definir 1 ª Convocatoria Fecha: Aula: Hora:

15/6/2016 9:30 Aula 5 2 ª Convocatoria Fecha: Aula: Hora:

20/6/2017 9:30 Por definir 2 ª Convocatoria Fecha: Aula: Hora:

2/12/2016 16:0 Por definir Diciembre Fecha: Aula: Hora:

TRIBUNALES ESPECÍFICOS DE EVALUACIÓN Y APELACIÓN

JOSE MANUEL DE LA ROSA UTRERA Presidente:

Vocal: MARIA BELEN PEREZ VERDU

ADORACION RUEDA RUEDA Secretario:

Primer suplente: OSCAR GUERRA VINUESA GLORIA HUERTAS SANCHEZ Segundo suplente:

ANTONIO JOSE ACOSTA JIMENEZ Tercer suplente:

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ANEXO 1:

HORARIOS DEL GRUPO DEL PROYECTO DOCENTE

Los horarios de las actividades no principales se facilitarán durante el curso.

GRUPO: Gr. de Clases Teórico/Prácticas de Materiales Electrónicos (982028)

Calendario del grupo

CLASES DEL PROFESOR: ROSA UTRERA, JOSE MANUEL DE LA

Lunes

Del 19/09/2016 al 13/01/2017 De 10:30 a 12:30 AULA IVB (FÍSICA)

Fecha: Hora:

Aula:

Jueves

Del 19/09/2016 al 13/01/2017 De 10:00 a 12:30 AULA IVB (FÍSICA)

Fecha: Hora: