Programa Asignatura (Syllabus) Unidad Académica Responsable: Facultad de Ingeniería/Departamento de Ingeniería Eléctrica CARRERA a las que se imparte: Ingeniería Civil en Telecomunicaciones/ Civil Eléctrica MÓDULO: Ciclo Profesional Profesional I.- IDENTIFICACION Nombre: Dispositivos semiconductores Código: 543241 Créditos: 4 Créditos SCT: 7 Prerrequisitos: Prerrequisitos: 543201 Electromagnetismo Electromagnetism o 549140 Teoría de Circuitos Modalidad: presencial Calidad: obligatorio Duración: semestral Semestre en el plan de carrera 3324,3318,3311 estudios: V Trabajo Académico promedio trabajo académico total del alumno semanal Horas Teóricas: 3 Horas Prácticas: 2 Horas Laboratorio: Horas de otras actividades: 5
Docente Guilherme Xavier Ph.D.
[email protected] [email protected], dec.cl, Responsable
[email protected] Docente Colaborador Comisión Miguel Figueroa, Rubén Peña Evaluación Duración 17 Semanas (semanas) Fecha: 10 de marzo de 2014 Aprobado por: II.- DESCRIPCION Curso aplicado a la Ingeniería Civil en Telecomunicaciones, Eléctrica y Electrónica, de carácter obligatorio, que entrega una visión global de los principios físicos involucrados en el desarrollo de la electrónica de estado sólido. Comprende desde el estudio de la física de los semiconductores hasta la descripción de diversos dispositivos semiconductores modernos. Esta asignatura aporta a las siguientes competencias del perfil de egreso del Ingeniero Civil en Telecomunicaciones: una sólida base en ciencias básicas que le permiten integrar y proyectar los principios de la ingeniería para plantear soluciones a problemas del ámbito tecnológico usando como herramientas la formulación de modelos matemáticos, el diseño y el cálculo. III.- RESULTADOS DE APRENDIZAJE ESPERADOS 1) Comprender los fundamento fundamentoss de la mecánica cuántica 2) Comprender los fundamentos básicos de la física de estado sólido 3) Comprender la operación de dispositivo dispositivoss semiconducto semiconductores res usando la física de estado sólido. 4) Comprender la importancia del semiconducto semiconductorr en la electrónic electrónica a 5) Calcular los parámetros microelectrón microelectrónicos icos de dispositiv dispositivos os semiconducto semiconductores. res. 6) Analizar diagramas de bandas de energía para dispositivos semicondu semiconductores ctores 7) Desarrollo de modelos matemáticos para dispositivos semiconductore semiconductores. s. 8) Desarrollar modelos de circuitos para dispositiv dispositivos os semiconduct semiconductores. ores. IV.- CONTENIDOS
1) Banda de Energía en los sólidos. Naturaleza del átomo. Niveles de energía
atómica. Colisión de los electrones con los átomos. Naturaleza del fotón de luz. Mecánica ondulatoria. Estructura electrónica de los elementos. El principio de exclusión. Teoría de las bandas de energía. Aislantes, semiconductores y metales. 2) Física de los Semiconductores. Movilidad y Conductividad. Los huecos y los electrones en un semiconductor intrínseco. El enlace covalente. Impurezas donadoras y receptoras. El efecto Hall. Generación y recombinación de cargas. Difusión. La ecuación de continuidad. Función de Fermi-Dirac. Nivel de Fermi en los semiconductores con impurezas. 3) Características de los Diodos de unión. Unión pn en circuito abierto. La unión pn como rectificador. Modelo circuital. Componentes de corriente en un diodo pn. Características tensión-corriente. Dependencia de la característica V/I con respecto a la temperatura. Capacidad de la carga espacial o de transición. Modelo del control de carga de un diodo. Tiempo de conmutación del diodo de unión. Diodos de avalancha. Diodo túnel. Diodo Schottky. Efecto fotovoltaico. 4) Transistores de unión bipolar. El transistor de unión pnp y npn. Componentes de la corriente de un transistor. Ecuación generalizada del transistor. Modelo circuital. El transistor como amplificador. Fabricación de transistores. Expresiones analíticas de las características estáticas y dinámicas del transistor. El fototransistor. Polarización BJT. 5) Transistores de efecto de campo. Transistores de efecto de campo y sus principios de operación. Tensión de contracción. Características tensión-corriente de un JFET, ecuaciones físicas y modelo circuital. Transistores de compuerta aislada, ecuaciones físicas y modelo circuital. Circuitos Mosfets digitales. MOS Complementarios. 6) Dispositivos Semiconductores de Potencia. El diodo de potencia. El transistor bipolar de potencia. El Mosfet de potencia. Dispositivos de cuatro capas (SCR, GTO, ASCR). Dispositivos híbridos. V.- METODOLOGIA El curso se desarrolla en base a clases teóricas y desarrollo de tareas individuales. VI.- EVALUACION Si el promedio de los 3 certamenes for mayor o igual a 4.0, alumno aprobado. Si está condición no es hecha, el alumno tiene que hacer el examén de recuperación. En esto caso las notas de los 3 certamenes corresponden a 60% de la nota final, mientras el examen de recuperación corresponde a 40%. La presencia en los 3 certámenes es obligatoria. Si un alumno falta a un certamen debe automaticamente rendir el examen de recuperación. VII.- BIBLIOGRAFIA Y MATERIAL DE APOYO •
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Streetman B., "Solid State Electronics Devices, 6th edition" Prentice Hall Inc., (2006). Kasap S. "Principles of Electronic Materials and Devices, McGraw Hill, " (2005). Sze S., “Physics of semiconductor devices” Wiley (2006).
VIII. - PLANIFICACIÓN Semana
Actividad
Responsable
Trabajo académico
1
Presentación asignatura / Introducción. Átomos y electrones
Docente
3h
Docente
3h
2
Resultado de aprendizaje
2 3 3 4 5 5 6 6 7 7 8 9 10 11 11 12 12 13 13 14 15 15 16 16 17
Ejercicios Átomos y electrones Ejercicios Bandas de energía Bandas de energía Ejercicios Certamen I Portadores en exceso Portadores en exceso Exercicios Uniones Ejercicios Uniones Ejercicios Certamen II FETs Ejercicios FETs Ejercicios Transitores bipolares Dispositicos de alta frecuencia y potencia elevada Ejercicios Dispositivos optoelectrónicos Ejercicios Certamen III
Docente Docente Docente Docente Docente Docente Alumno Docente Docente Docente Docente Docente Docente Docente Alumno Docente Docente Docente Docente Docente Docente
2h 3h 3h 5h 3h 2h 2h 3h 3h 2h 5h 3h 5h 2h 2h 3h 3h 3h 2h 5h 3h
Docente Docente
2h 3h
docente docente
2h 2h
IX.- OTROS Profesor: Dr. Guilherme Barreto Xavier. E-mail:
[email protected];
[email protected] Horario de atención: Pedir por correo electronico.
