Presen Master Final

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Master en Física Aplicada

Especialidad:

Física Electrónica

Departamento de Física Aplicada III

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Asignaturas Obligatorias:

•Mecánica Cuántica •Física del Estado Sólido •Física de Semiconductores

Asignaturas Optativas:

•Electrónica II •Propiedades eléctricas de los materiales•Física de Dispositivos •Laboratorio de Dispositivos Optoelectrónicos •Materiales Semiconductores •Fundamentos de Tecnología Electrónica •Integración de Procesos Tecnológicos •Física y Tecnología del Silicio •Heteroestructuras y Electrónica de Baja Dimensionalidad •Espintrónica •Dispositivos Electrónicos Avanzados

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Objetivos:Se discutirán las propiedades eléctricas a partir de los parámetros que

entran en las relaciones constitutivas, tanto en conductores, como en superconductores y aislantes.

Profesor: Francisco Sánchez Quesada

Carácter: Optativa ETCS: 6

Propiedades eléctricas de los materiales

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Descripción breve de los contenidos:

- El Campo electromagnético en medios - materiales. Relaciones constitutivas

- Dieléctricos: Comportamiento estático y Dinámico

- Propiedades de Conducción- Superconductores- Materiales y Aplicaciones


Sustrato dielérctrico de permitividad 3.5 soporte de un conjunto de antenas

Bibliografía:R. Coelho. "Physics of dielectrics for engineers". Elsevier (1979).C.J.F. Botteher. "Theory of Electric Polarization". Vols. I y II. Elsevier (1978).N.E. Hill y otros. "Dielectric properties and molecular behavior". Van Nostrand (1966).A.R. Von Hippel. "Dielectric materials and applications". M.I.T. Press (1954).N. W. Ashcroft and N. D. Mermin "Solid State Physics" HRW International Editions, 1987

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Observaciones:

Esta asignatura se imparte con el mismo nombre y contenido en el plan 2003 de la licenciatura de Físicas (4º Curso).


The Meissner effect: The ability of a superconductor to expel magnetic fields from its interior is used to levitate a magnet above a superconducting disk.

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Objetivos:

Se dotará al alumno de los conocimientos necesarios para comprender la estructura de bandas y el transporte de portadores en un semiconductor. Esta asignatura es básica tanto para comprender los dispositivos desde un punto de vista fundamental como para entender el comportamiento de los electrones en un semiconductor.

Profesor: Jacobo Santamaría

Carácter: Obligatoria ETCS: 6

Física de Semiconductores

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• Estadística de portadores en equilibrio• Estadística de portadores fuera del equilibrio• Transporte de portadores con concentración de equilibrio• Transporte de portadores en ausencia de equilibrio• La unión P-N ideal• La unión P-N real

Bibliografía:-. R. H. Bube, Electronic Properties of Crystalline Solids, An Introduction to

Fundamentals, Academic Press 1974-. D. A. Neamen, Semiconductor Physics and Devices Irwing, 1992-. J. Singh, Semiconductor Devices, an Introduction, John Wiley & Sons1994-. S. Wang, Fundamental of Semiconductor Theory and Device Physics, Prentice Hall

International, 1989-. P. Y. Yu and M. Cardona, Fundamental of semiconductors,. Springer, 1996.


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Observaciones:

• Esta asignatura se imparte con el mismo nombre y contenido en el plan 2003 de la licenciatura de Físicas (4º Curso).

• Es recomendable que se curse con anterioridad Física del Estado Sólido


“Corral” Cuántico

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Física de Dispositivos

Objetivos:

Los dispositivos de semiconductor son los componentes básicos de los circuitos integrados y los responsables del espectacular crecimiento de la industria electrónica en todo el mundo. En esta asignatura se estudian las propiedades físicas de los transistores de silicio: el transistor bipolar de unión y los transistores de efecto campo (JFET y MOSFET).

Profesoras: Mª Luisa Lucía, Margarita LlamasCarácter: Optativa ETCS: 6

Primer Transistor construido en 1948

Ley de Moore

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Descripción breve de los contenidos:- Unión PN real- Transistor bipolar ideal. Transistor bipolar integrado. Modelos equivalentes de pequeña señal del transistor bipolar- Transistor JFET. Estructura MOS. TransistorMOSFET

Se estudian los modelos ideales y reales en régimen estacionario y en pequeña señal, y efectos de pequeña dimensión. Todos los temas acaban con la simulación de cada dispositivo con el programa PSPICE: se estudia así la correspondencia entre los parámetros de simulación y los parámetros físicos de los dispositivos.


A set of HEMT transistors and test elements on GaAs/GaAlAs ( MBE) heterostructures - left, (diameter of the contacting wire = 25 µm ), detail of the II-V cell - center, channel region of the II-II cell - right:

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Observaciones:• Esta asignatura se imparte con el mismo

nombre y contenido en el plan 2003 de la licenciatura de Físicas (4º Curso).

• Es recomendable que se curse con posterioridad a la asignatura “Física de Semiconductores”.

Bibliografía:•“Introduction to Semiconductor Materials and Devices”, M.S. Tyagi. J. Wiley & Sons, 1991.•“Semiconductor Physics and Devices”, D.A. Neamen. Irwin, 1997.•“Semiconductor Devices: Physics and Technology”, S.M. Sze. J. Wiley & Sons, 2002.•“Theory of Modern Semiconductor Devices”, K.F. Brennan, A.S. Brown. J. Wiley & Sons, 2002.•“Complete Guide to Semiconductor Devices”, K. Kwok. J. Wiley & Sons, 2002


Tecnología Silicio sobre aislante

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Objetivos:En esta asignatura se pretende

quelos alumnos conozcan los métodos experimentales de caracterización de dispositivos electrónicos de gran relevancia en microelectrónica y optoelectrónica.

Profesora: Margarita Sánchez Balmaseda


Laboratorio de DispositivosOptoelectrónicos

Caracterización de una célula solar

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Descripción breve de los contenidos: I. CARACTERIZACIÓN DE SEMICONDUCTORES:Caracterización eléctrica y óptica de un semiconductor.II. CARACTERIZACIÓN ELÉCTRICA DE DISPOSITIVOS:Caracterización AC y DC de dispositivos de unión.Caracterización electro-óptica de una célula solar.Caracterización electro-óptica de LEDs.Caracterización de un transistor bipolar.III. CARACTERIZACIÓN ÓPTICA DE DISPOSITIVOSDetectores PSD y CCD.Emisores y detectores de luz. Fibras ópticas.Acustoóptica

Bibliografía:K.V. Shalimova, “Física de Semiconductores”, Ed. Mir (1975).S.M. Sze, “Physics of Semiconductor Devices”, Systems”, John Wiley, (1981)J. Wilson, JFB Hawkes, “Optoelectronics, an Introduction” Prentice Hall NY

(1998).Laboratorio de Dispositivos Optoelectrónicos

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Observaciones:


Laboratorio de Dispositivos Optoelectrónicos

Caracterización transistor bipolar

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Objetivos:

El estudio de las propiedades físicas de los materiales semiconductores y sus aplicaciones en el desarrollo de dispositivos electrónicos representan una de las revoluciones científico-técnicas de mayor impacto en nuestra sociedad. En esta asignatura se pretende dar una ideal real de la magnitud de esta revolución: no sólo ser conscientes de la tecnología que nos rodea si no también entender cómo opera. Para ello se clasificarán los semiconductores de acuerdo con su composición química, su enlace, su estructura cristalina y su estructura de bandas.

Profesora: Mª Luisa Lucía


Materiales Semiconductores

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- Familias de materiales semiconductores- Absorción de luz en semiconductores- Tecnologías de crecimiento - Introducción a las heterouniones- Unión metal-semiconductor- Introducción a la ingeniería de bandas

Bibliografía:•R.H., “Electronic Properties of Crystalline Solids. An Introduction to Fundamentals”, Academic Press 1992•Einspruch N.G., “Heterostructures and Quantum Devices” Prentice Hall, 1994•Neamen D.A., “Semiconductor Physics and Devices”, Irwin 1997•Bhattacharya P., “Semiconductor Optoelectronic Devices”, Prentice Hall 1998•Bube Sze S.M., “Semiconductor Devices. Physics and Technology”, John Wiley Sons, 2002•Wang S., “Fundamentals of Semiconductor Theory and Device Physics”, Prentice Hall International 1989.


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Observaciones:Esta asignatura se imparte con el mismo nombre y contenido en el

plan 2003 de la licenciatura de Físicas de 4º curso.


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Profesor: Antonio Hernández CacheroCarácter: Optativa ETCS: 6

Fundamentos de Tecnología Electrónica

¿Cómo se fabrica un dispositivo electrónico?

Plot de concentraciones en un MOS

Simulación del dopado en función de la profundidad

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Etapas para el proceso en Semiconductores

Bibliografía:G.S. May y S.M. Sze Fundamentals of Semiconductor Fabrication. Wiley 2004

Contenidos


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Observaciones:

• Esta asignatura se imparte con el mismo nombre y contenido en el plan 2003 de la licenciatura de Físicas (4º Curso) y en Ingeniería electrónica.

• Es recomendable que se curse con anterioridad a las siguientes asignaturas: Integración de procesos tecnológicos. Física y Tecnología del Silicio.

• Es muy recomendable también tener conocimientos de Física de dispositivos.

Direcciones Internetwww.semiconductor.netITRS RoadMap http://public.itrs.net/


http://www.semiconductor.net/

http://public.itrs.net/


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Profesor: Antonio Hernández Cachero


Integración de Procesos Tecnológicos

¿Cómo se fabrica un chip?

Pentium4 ©Intel

Tecnología SOI ©IBM

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Integración de Procesos:• Tecnología Bipolar• Aislamiento dieléctrico SOI (Silicon on Insulator)• Tecnología CMOS• Componentes Pasivos• Tecnologías AsGa (MESFET, dispositivos optoelectrónicos, etc…)• Tecnología MEMS (Micromachining, etc…)

Bibliografía:G.S. May y S.M. Sze, Fundamentals of Semiconductor Fabrication, Wiley 2004 H. Xiao, Introduction to Semiconductor Manufacturing Technology, Prentice-Hall 2001


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Observaciones:


• Es recomendable que se curse con posterioridad a las siguientes asignaturas:


Direcciones Internetwww.semiconductor.netITRS RoadMap http://public.itrs.net/


http://www.semiconductor.net/



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Objetivos:

En esta asignatura se pretende proporcionar al alumno un conocimiento de los procesos tecnológicos más allá del punto de vista teórico mediante:• La simulación por ordenador• Una Experiencia real en diversas técnicas habituales en el procesado y la caracterización de dispositivos a través de la realización práctica de estos procesos. .

Física y Tecnología del Silicio

Módulo de Nanoelectrónica

Profesores: Juan A. de Agapito, Germán González, Álvaro del Prado


Sistema de pulverización catódica de alta presión

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- Simulación de procesos tecnológicos- Realización de procesos tecnológicos

(implantación y recocido, metalización de contactos, depósito de películas

dieléctricas, litografía, etc.)- Caracterización de los procesos realizados

(medida de resistividad, caracterización de uniones p-n, etc.)


Cañón de electrones con 4 Kw.

Bibliografía:S. Wolf, Silicon Processing for the VLSI era, Vol. 1-4, Lattice Press

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Observaciones:


• Es recomendable poseer conocimientos de Física de Dispositivos• Se proporcionarán programas de simulación adecuados. Se dispone de las

instalaciones y equipos necesarios para la realización de los procesos tecnológicos y la caracterización de los dispositivos fabricados. Se dispone de bibliografía avanzada en el tema para consulta del alumno


Sistema de depósito de capas dieléctricas. (capas de óxidos, nitruros y oxinitruros de Si) para ser usadas como pasivante o bien como aislante de puerta en dispositivos MISFET

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La nueva era de la nanoelectrónica se nutre de materiales semiconductores crecidos y manipulados a escala atómica, englobados en lo que se ha definido como una “ingeniería de bandas”. Se aborda aquí el estudio de los denominados pozos cuánticos, líneas cuánticas y puntos cuánticos en los que la física que explica su funcionamiento debe revisarse teniendo en cuenta fenómenos cuánticos no contemplados por la microelectrónica. Las heteroestructuras de materiales semiconductores constituyen el núcleo fundamental en muchos de los dispositivos cuánticos avanzados, pudiendo hablar de dos aproximaciones al estudio de esta asignatura:- Nanotecnología por método de fabricación: se refiere a la tecnología que hace posible la construcción de estructuras y dispositivos cada vez más pequeños- Nanotecnología por operación: se investiga sobre nuevas características de los materiales mediante su maniopulación a escala atómica o molecular.

Profesores: Mª Luisa Lucía y José Juan JiménezCarácter: Optativa ETCS: 6

Heteroestructuras y Electrónica de Baja Dimensionalidad


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•Propiedades generales de las heteroestructuras•Crecimiento de heteroestructuras. Epitaxias•Ingeniería de bandas.•Sistemas de baja dimensión: superredes, líneas, puntos•Gas bidimensional de electrones.•Transistores de alta movilidad.

Bibliografía:•Einspruch N.G., “Heterostructures and Quantum Devices” Prentice Hall, 1994•Kelly M.J., “Low Dimensional Semiconductors”, Oxford Science Publications, 1995•Korkin, A., “ Nanotechnology for electronic materials and devices”,2006 •Martínez-Duart J., “ Nanotechnology for microelectronics and optoelectronics”,2006 •Sze S.M., “High-Speed Semiconductor Devices” John Wiley Sons, 1990

Hetero-estructuras y Electrónica de baja dimensionalidad

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Observaciones:

• Esta asignatura se imparte por vez primera en el curso 2006-07

• Es recomendable que se curse con posterioridad a las siguientes asignaturas:

Física de DispositivosMateriales

Semiconductores

Hetero-estructuras y Electrónica de baja dimensionalidad

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Objetivos:Describir los procesos físicos que dan lugar al transporte

electrónico dependiente de espín en materiales y en heteroestructuras.Describir el funcionamiento de los principales dispositivos basados

en el transporte de espín electrónico.

Profesores: Carlos León, Jacobo Santamaría, Zouhair Sefrioui


Espintrónica


From IBM website

Imagen STM de un átomo de Mn en una superficie

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Descripción breve de los contenidos:• Transporte polarizado en espín. Magnetorresistencia.• Generación de polarización de espín: Inyección y relajación.• Uniones: F/N, F/N/F, F/I/S, F/I/F.• Dispositivos de espín: filtros, diodos, transistores.

Bibliografía:• Nanoelectronic and Information Technology. Rainer Waser. Wiley-VCH.

(2005) • Spintronics: Fundamentals and Applications. I. Zutic, J. Fabian and S. Das

Sarma. Rev. Mod. Phys. 76, 323 (2004)• Concepts in Spin Electronics. Ed. S. Maekawa. Oxford Univ. Press (2006)• An Introduction to Spintronics. S. Bandyopadhyay and M. Cahay. Taylor

and Francis CRC Press (2007)

Espintrónica

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Observaciones:

• Esta asignatura se imparte por vez primera en el curso 2006-07 • Es recomendable que se curse con posterioridad a las siguientes

asignaturas: Física de Estado Sólido, Física de Semiconductores, Física Estadística.

• La evaluación consistirá en la realización de un examen con cuestiones teóricas y problemas.

Espintrónica

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Dispositivos Electrónicos Avanzados

Profesores: Ignacio Mártil, Mª del Carmen Pérez y Margarita SánchezCarácter: Optativa ETCS: 6

Sistema de 7 CCD’s de la cámara EPIC-MOS del satélite XMM-Newton

Objetivos:Estudio del CMOS, TFT, CCDs, LEDs, LCD y Láseres Semiconductores.Nuevos y cada vez más pequeños dispositivos basados en Si, así como nuevos materiales compiten en la frontera del desarrollo tecnológico.El futuro, con dispositivos cuya función es controlada por un solo electrón (SET) o elaborados con una molécula está casi al alcance de la mano.


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Contenidos:• Dispositivos Optoelectrónicos: PIN, LEDs, Láseres de diodo y Células

Solares• Dispositivos Electrónicos:Memorias, MOS, CCDs, RTD y SET• Dispositivos de tecnologías

emergentes:Electrónica molecular y Nanotubos

Dispositivos ElectrónicosAvanzados

SET: single-electron transistor © Bell Laboratories

Bibliografía:P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994 R. Waser (ed), Nanoelectronics and Information Technology, Wiley-VCH, 2005


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Observaciones:

• Esta asignatura se imparte por vez primera en el curso 2006-07

• Es recomendable que se curse con posterioridad a las siguientes asignaturas, también incluidas en el máster:

Física de DispositivosHeteroestructuras y Electrónica de Baja Dimensionalidad

Direcciones de Internet:http://public.itrs.net/ (International Road Map for Semiconductors)

Dispositivos Electrónicos Avanzados


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