Fisica informatica

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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
Propiedades eléctricas de los materiales
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).
Propiedades eléctricas de los materiales
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 Llamas
Primer Transistor construido en 1948
Ley de Moore

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- 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
que
los alumnos conozcan los métodos
experimentales de caracterización de
dispositivos electrónicos de gran
relevancia en microelectrónica y
optoelectrónica.
Profesora: Margarita Sánchez Balmaseda
Laboratorio de Dispositivos
Optoelectrónicos
Caracterización de
una célula solar

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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 DISPOSITIVOS
Detectores 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:
• Esta asignatura se imparte con el mismo nombre y contenido en el plan
2003 de la licenciatura de Físicas (4º Curso).
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 Cachero
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 Internet
www.semiconductor.net
ITRS RoadMap 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 Internet
www.semiconductor.net
ITRS RoadMap http://public.itrs.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 Jiménez
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:
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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• 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
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 Sánchez
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
http://public.itrs.net/

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Observaciones:
• Esta asignatura se imparte por vez primera en el curso 2006-07
asignaturas, también incluidas en el máster:
Heteroestructuras y Electrónica de Baja Dimensionalidad
Direcciones de Internet:
http://public.itrs.net/ (International Road Map for Semiconductors)
Dispositivos Electrónicos Avanzados

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