Semicondutores e Dispositivos

Código:

F416

Sigla:

F416

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Física

Ocorrência: 2009/2010 - 2S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Física
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Engenharia Física

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
M:F	2	Plano de Estudos do Mestrado em Física	1	-	5	-
MI:EF	4	Plano de Estudos a partir de 2007	4	-	5	-

Língua de trabalho

Português

Objetivos

- Importância histórica dos semicondutores.
- Compreensão dos conceitos físicos
- Relação entre estructuras cristalinas / bandas de energia / propriedades electricas em semicondutores.
- Propriedades de transporte em semicondutores
- Estatística em semicondutores
- Aplicações de materiais semicondutores em dispositivos

Programa

Introdução: Característicos Básicos de Semicondutores.
Propriedades qualitativos dos semicondutores.
Composição dos semicondutores.

Estruturas Cristalinas dos Semicondutores.
Conceitos básicos.
Terminologia cristalográfica
Estruturas cristalinas dos semicondutores.
Semicondutores do grupo IV; III-V; II-VI.
A rede recíproca.
Ligações químicas em semicondutores.

Estruturas de Bandas de Energia.
A equação de Schrödinger.
Introdução ao potencial periódico.
Condições de fronteira de Born von-Kármán
A equação de Schrödinger num potencial periódico.
Teorema de Bloch.
Zonas de Brillouin.
O modelo da rede vazia.
O modelo do electrão quase – livre.
O modelo do electrão ligado (tight-binding).
Outros modelos de bandas de energia.
Estruturas de bandas de energia.

Dinâmica do Movimento Electrónico em Bandas de Energia.
Velocidade de grupo.
O conceito da massa efectiva.
A equação de força.
A dinâmica dos electrões e das lacunas.
A superficie de Fermi.
Métodos experimentais para medir bandas de energia.
Forças de Lorentz e orbitas.
Ressonância de ciclotrão.
Determinação da massa efectiva.
Concentração e tipo de portadores de carga: o efeito Hall.
PARTE II: A Física dos Semicondutores
Estatística de Equilíbrio em Semicondutores.
Semicondutores intrínsecos.
Bandas de energia esféricas e parabólicas.
A lei de acção mássica.
Bandas de energia elipsoidais.
Bandas de valência multiplas.
Semicondutores extrínsecos.
Impurezas do tipo dador.
Impurezas do tipo aceitador.
Semicondutores compensados.

Fenómenos de Transporte.
Deriva de portadores: mobilidade e resistividade.
Difusão de portadores de carga.
Injecção de portadores de carga.
A equação de Boltzmann de transporte.
Dependência de energia do tempo de relaxação.
Processos de geração e recombinação.
Recombinação directa.
Recombinação indirecta.
Equações de continuidade.
Injecção no estado estacionário.
A experiência de Shockley Haynes.
A recombinação superficial.
Propriedades de magneto-transporte.
Magneto-resistência.
O efeito Hall.
Efeitos de altos campos.
Função de distribuição em campos eléctricos altos.
Ionização de campo.
Ionização por impacto.

A Junção p-n.
Equilíbrio térmico.
A região de deplecção.
A capacidade da região de deplecção.
Característica de corrente e tensão (I-V).
Efeitos de geração e recombinação.
Efeitos de temperatura.
Armazenagem de carga.
Capacidade de difusão.
Comportamento transiente.
Ruptura em junções p-n.
Ruptura por efeito avalanche.
Ruptura por efeito Zener.

PARTE III: Dispositivos Semicondutores.

O Transistor Bipolar.
A acção do transístor.
Operação em modo activo.
Ganho de corrente.
Características estáticas do transistor bipolar.
Correntes ideias no transistor.
Modo activo
Modos de operação.
Modificação das características estáticas.
O modelo de Ebers-Moll.
Operação do transistor bipolar em frequência.
Comutação e transitórios.

Dispositivos Unipolares.
O contacto metal – semicondutor.
Relação das bandas de energia.
Característica de corrente e tensão (I-V).
O contacto óhmico.
O JFET.
Os princípios de operação.
Característica de corrente e tensão (I-V).
O MESFET.
O díodo MOS.
O díodo MOS ideal.
Região de deplecção.
Curvas do MOS ideal.
O MOSFET: Características básicas.
Região linear e de saturação.
Tipos de MOSFET.

Dispositivos Fotónicos.
Transições radiativas.
O LED.
O laser semicondutor.
Equações de taxas.
Equilíbrio térmico.
Não equílibrio: Inversão de população.
Coeficientes de absorção e de ampliação de radiação.
Ganho efectivo e limiar do efeito laser.
Operação e acção laser.
Limitação de portadores e limitação óptica.
Características da luz laser.
O fotodetector.
O fotocondutor.
O fotodíodo.

Produção de Semicondutores
Métodos de fabrico.
Filmes finos.
VLSI e miniaturização.

Bibliografia Obrigatória

000010743. ISBN: 0-19-850644-9
000009637. ISBN: 0-13-666496-2

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas teóricas e teorico-práticas

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Peso (%)	Data Conclusão
Participação presencial (estimativa)	Participação presencial	49,00
	Total:	-	0,00

Obtenção de frequência

Aulas TP são obrigatórias

Fórmula de cálculo da classificação final

Avaliação continua (50%)
Mini-testes (cada 2 semanas nas aulas TP) (20%)
Apresentação escrita e oral (30%)
Escolhe de um tema (a ser aprovado pelo professor)

Exames (50%)
2 testes (2 x 25%)
Ou
Exame final (50%)

Provas e trabalhos especiais

Ensaio + apresentação de um tema relacionado com os semicondutores.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

-

Melhoria de classificação

sim

Observações

-