Profesor: Dr. Ramón Peña Sierra 

OBJETIVOS:

Este curso introducirá al estudiante al conocimiento de las bases de funcionamiento de los dispositivos semiconductores y de los modelos teóricos que explican sus comportamientos. Se analizan los fenómenos físicos que constituyen la base del funcionamiento, la configuración de sus estructuras básicas, y las limitaciones físicas de los dispositivos. Se hará énfasis en los parámetros que caracterizan a los dispositivos y en la dependencia de éstos con las propiedades intrínsecas de los semiconductores, así como el diseño (geometría, configuración,...) del dispositivo. Se señalarán las desviaciones más comunes que ocurren en los dispositivos reales y las limitaciones de los modelos existentes. 

Tema 1: Unión P-N (UPN) 

1.1.- Estructura física de la UPN , unión abrupta y gradual 
1.2.- Establecimiento del equilibrio termodinámico en la unión 
1.3.- Modificación de la energía potencial electrostática de cada región de la unión 
1.4.- Análisis electrostático: Solución de la ecuación de Poisson, distribución de carga fija, campo eléctrico, potencial y energía, potencial electrostático 
1.5.- Diagrama de bandas de energía 
1.6.- Capacidad de la UPN 
1.7.- Efecto de la impurificación de las diferentes regiones de la unión 
1.8.- Concentración de portadores libres en la zona de vaciamiento 
1.9.- Flujo de portadores a través de la unión en equilibrio y fuera de equilibrio 
1.10.- Diagrama de bandas de la UPN en condiciones de polarización 
1.11.- Transporte eléctrico a través de la UPN : Modelo de Shockley para el diodo de regiones infinitas y de regiones finitas 
1.12.- Presencia de centros de recombinación-generación 
1.13.- Almacenamiento de carga: transitorios de voltaje en la UPN , fenómenos de ruptura y alta inyección 
1.14.- Circuito equivalente a pequeña señal 
1.15.- Efecto de la temperatura sobre cada aspecto característico de la UPN.

Tema 2: Unión Metal Semiconductor y Contacto Óhmico 

2.1,- Estructura física
2.2.-.Efecto de la posición relativa del nivel de Fermi en cada material y establecimiento del equilibrio termodinámico de las estructuras. 
2.3.- Análisis electrostático 
2.4.- Análisis de los mecanismos de transporte eléctrico: 
2.4.1- Emisión termoiónica, 
2.4.2- Emisión por campo, arrastre-difusión, recombinación y efecto de carga imagen sobre los mecanismos de transporte 
2.5.- Transitorio de voltaje en la barrera Schottky 
2.6.- Contacto óhmico por acumulación 
2.7.- Contacto óhmico por efecto túnel 

Tema 3: Transistor Bipolar 

3.1.- Estructura física y diagrama de bandas 
3.2.- Flujos de carga en equilibrio 
3.3.- Polarización del transistor y efecto transistor 
3.4.- Transporte eléctrico: flujos de carga bajo polarizucioll 
3.5.- Tiempo de transito en la base 
3.6.- Modelo de Ebbers-Mol (E-M) y Modelo de Control de Carga 
3.7.- Efecto Early 
3.8.- Modelo a pequeña señal 
3.9.- Respuesta en frecuencia 

Tema 4: Estructura MOS 

4.1.- Estructura física y diagrama de bandas de energía 
4.2.- Estructura MOS ideal 
4.3.- Curvas C- V en las diferentes regiones de polarización 
4.4.- Efecto de la frecuencia sobre curvas C- V 
4.5.- Efectos de la función de trabajo del metal, cargas en el aislante y estados en la interfase óxido-semiconductor en las curvas C- V 
4.6.- Efecto de la temperatura en la estructura MOS 

Tema 5: Transistor MOS

5.1.- Principio de funcionamiento del transistor MOS 
5.2.- Ecuaciones fundamentales: ecuación de Poisson, densidad de corriente de huecos y electrones, etc. 
5.3.- Modelos de bandas en la interfase óxido-silicio con diferentes potenciales de V GS . Equilibrio y no equilibrio V DS =0. 
5.4.- Corriente de drenador 
5.5.- Relación corriente-tensión 
5.6.- Densidad de carga 
5.7.- Empobrecimiento 
5.8.- Débil inversión 
5.9.- Fuente de inversión 
5.10.- Acumulación 
5.11.- Tensión de umbral en fuerte inversión 
5.12.- Modelo con movilidad constante 
5.13.- Expresión de corriente 
5.14.- Parámetros dinámicos 
5.15.- Modelo con movilidad variable 
5.16.- Ley de velocidad 
5.17.- Campo eléctrico. Longitudinal y transversal Transistor MOS en débil inversión 
5.18.- Modelo aproximado 
5.19.- Modelo completo 
5.20.- Transistor MOS fuera de saturación 
5.21.- Modelo simple 
5.22.-Modelo con campo eléctrico longitudinal 
5.23.-Transistor MOS en saturación 
5.24.-Zona de oclusión en el canal 
5.25.-Cálculo de I D , V DSS , V DS , Y R D Respuesta en C.A 
5.26.-Circuitos equivalentes a pequeña señal 
5.27.-Frecuencia de corte 

BIBLIOGRAFIA

  • Physics of Semiconductor Devices (2nd. Edition). S.M. Sze. John Wiley & Sons
  • Semiconductor Devices and Integral Electronics A.G. Milnes
  • Solid State and Semiconductor Physics J.P. McKelvey Harper& Row (1966)
  • Principles of Semiconductor Devices Operation. A.K. Johnscher. John Wiley & Sons
  • Physics and Technology of Semi conductor Devices A.S. Grove. John Wiley & Sons
  • MOS Physics and Technology E.H. Nicollian & J.R. Brews. John Wiley & Sons (1982)
  • Device Electronics for Integrated Circuits. Richard S. Muller