Guía docente de Caracterización, Simulación y Modelado de Nanodispositivos Electrónicos (M44/56/2/19)

Curso 2024/2025
Fecha de aprobación por la Comisión Académica 18/07/2024

Máster

Máster Universitario en Física: Radiaciones, Nanotecnología, Partículas y Astrofísica

Módulo

Nanotecnología: Física y Aplicaciones

Rama

Ciencias

Centro Responsable del título

Escuela Internacional de Posgrado

Semestre

Segundo

Créditos

6

Tipo

Optativa

Tipo de enseñanza

Presencial

Profesorado

  • Francisco Jesús Gámiz Pérez
  • Juan Antonio Jiménez Tejada
  • Juan Bautista Roldán Aranda

Horario de Tutorías

Francisco Jesús Gámiz Pérez

Email
No hay tutorías asignadas para el curso académico.

Juan Antonio Jiménez Tejada

Email
  • Primer semestre
    • Martes 9:30 a 12:30 (Facultad de Ciencias.Dpto.Electrónica-Dpcho.13)
    • Jueves 10:30 a 13:30 (Facultad de Ciencias.Dpto.Electrónica-Dpcho.13)
  • Segundo semestre
    • Martes 9:30 a 12:30 (Facultad de Ciencias.Dpto.Electrónica-Dpcho.13)
    • Miércoles 9:30 a 11:30 (Facultad de Ciencias.Dpto.Electrónica-Dpcho.13)
    • Miércoles 12:30 a 13:30 (Facultad de Ciencias.Dpto.Electrónica-Dpcho.13)

Juan Bautista Roldán Aranda

Email
Anual
  • Martes 8:00 a 14:00 (Facultad de Ciencias. Departam de Electrónica. Despacho 15)

Breve descripción de contenidos (Según memoria de verificación del Máster)

  • Mecanismos de dispersión de los portadores.
  • Transporte de carga en nanodispositivos electrónicos.
  • Técnicas de simulación numérica y modelado compacto. Método de Monte Carlo.
  • Herramientas y técnicas de caracterización eléctrica.
  • Ruido en nanodispositivos electrónicos.

Prerrequisitos y/o Recomendaciones

Se recomienda tener conocimientos básicos de física del estado sólido, física estadística, física cuántica, electromagnetismo y métodos numéricos de resolución de ecuaciones.

Competencias

Competencias Básicas

  • CB6. Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.
  • CB7. Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.
  • CB8. Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.
  • CB9. Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.
  • CB10. Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

Competencias Generales

  • CG03. Capacidad de trabajo en equipo. El estudiante deberá integrar su trabajo en el interés de un proyecto común. 
  • CG04. Capacidad de expresar y defender en público los resultados y conclusiones obtenidos como resultado del proceso de aprendizaje. Deberá desarrollar y dominar las técnicas de comunicación oral ante cualquier auditorio. Aprender a utilizar sus potencialidades personales para presentar resultados públicamente. Adquisición del convencimiento de que su conocimiento del trabajo realizado le convierte de inmediato en foco de interés y atención. 
  • CG05. Capacidad de generación de propuestas innovadoras y competitivas en la investigación y en la actividad profesional. 

Competencias Específicas

  • CE01. Capacidad de interpretar datos procedentes de la observación experimental o la simulación numérica. 
  • CE02. Capacidad de considerar rigurosamente las limitaciones e incertidumbres en los resultados y de los métodos que pueden aplicarse para minimizarlas. 
  • CE03. Capacidad de profundizar en los distintos campos de la Física y de identificar los aspectos que se encuentran en los límites del conocimiento. 
  • CE04. Capacidad de formular hipótesis, idear experimentos, manejar métodos de cálculo y simulación numérica y desarrollar modelos. 

Competencias Transversales

  • CT01. Capacidad de razonamiento crítico: el estudiante debe ser capaz de distinguir aquellos aspectos de su trabajo o del de otros que suponen innovación y avance. 
  • CT02. Compromiso ético. Tanto en su etapa de alumno como posteriormente en su trabajo profesional, el estudiante debe ser consciente de la absoluta necesidad de realizar sus tareas con absoluto respeto a la honradez, la verdad y el servicio a la sociedad. 
  • CT03. Capacidad de automotivación. Forma parte de la madurez que debe alcanzarse en el proceso formativo a estos niveles: las dificultades han de enfrentarse con decisión y confianza. 
  • CT04. Capacidad de reconocimiento de la diversidad y multiculturalidad. Forma parte de la actitud vital que se supone al graduado: su conciencia social ha de guiar aquellos aspectos de su profesión que involucren a otros miembros de la comunidad. 

Resultados de aprendizaje (Objetivos)

El alumno sabrá/comprenderá:

  • Utilizar las principales herramientas de simulación numérica de los nanodispositivos semiconductores.
  • Resolver ecuaciones diferenciales en derivadas parciales (Ecuación de Poisson, Schroedinger, continuidad, transporte de Boltzmann) mediante diferentes técnicas tanto deterministas como estocásticas (método de Monte Carlo), en estructuras semiconductoras reales.
  • Enfrentarse a problemas de transporte de carga en diferentes estructuras, y cálculo de estructuras de bandas.
  • Desarrollar modelos compactos de dispositivos electrónicos para la simulación de circuitos.
  • Técnicas de implementación de modelos compactos en simuladores de circuitos comerciales.
  • Extraer parámetros de modelos compactos.
  • Técnicas numéricas avanzadas para el modelado y la extracción de parámetros.
  • Las herramientas matemáticas básicas para el tratamiento del ruido en los dispositivos electrónicos.
  • Distinguir diferentes tipos de ruido que se localizan en los nanodispositivos electrónicos.
  • Medir el ruido en un dispositivo electrónico
  • Caracterizar parámetros físicos de un dispositivo semiconductor a partir de medidas de ruido.

Programa de contenidos Teóricos y Prácticos

Teórico

  1. Nociones básicas sobre los transistores de efecto campo.
  2. Métodos numéricos para la resolución de las ecuaciones de Poisson, Schroedinger y Boltzmann.
  3. Mecanismos de dispersión de los portadores: Rugosidad superficial, culombiano, vibraciones de la red, interacción portador-portador.
  4. Método de Monte Carlo de una y muchas partículas aplicado al transporte de carga en estructuras semiconductoras.
  5. Metodología de desarrollo de modelos compactos de dispositivos electrónicos.
  6. Técnicas avanzadas de resolución analítica de ecuaciones diferenciales y aproximación de funciones.
  7. Técnicas de extracción de parámetros de modelos de dispositivos electrónicos.
  8. Estudio del ruido en dispositivos electrónicos. Herramientas matemáticas.
  9. Tipos de ruido y su localización en las diferentes regiones de un dispositivo.
  10. Caracterización de un dispositivo electrónico a partir de medidas de ruido.

Práctico

  • Simulación TCAD de una unión PN.
  • Simulación TCAD de un transistor MOSFET.
  • Simulación circuital con MOSFET.
  • Caracterización de defectos en el óxido de un MOSFET mediante medidas de ruido.

Bibliografía

Bibliografía fundamental

  • A.B. Bhattacharyya “Compact MOSFET models for VLSI design”, John Wiley and Sons, 2009.
  • Moglestue. C. ”Monte Carlo simulation of semiconductor devices”, Chapman&Hall, 1993
  • K.Tomizawa, “Numerical simulation of submicron semiconductor devices”, Artech House, 1993.
  • Van der Ziel, "Noise in solid state devices and circuits", New York. Wiley. 1986.

Bibliografía complementaria

  • Lundstrom, M.; "Fundamentals of carrier transport", Modular Series on Solid - State Devices Vol. X, Addison Wesley Publishing Company 1990.
  • Taur, Y. and Ning T.H.; "Fundamentals of modern VLSI devices", Cambridge University Press, 1998
  • Hess, K.; "Advanced theory of semiconductor devices", Wiley-IEEE Press, 1999
  • Selberherr, S. "Analysis and simulation of semiconductor devices", New York: Springer, 1984.
  • Hänsch W.; "The drift-diffusion equation and its applications in Mosfet modeling", Springer-Verlag New-York Inc, 1991
  • C.Jacoboni and P.Lugli, “The Monte Carlo method for semiconductor device simulation”, Springer Verlag, 1989
  • R.W.Hockney and J.W.Eastwood, “Computer Simulation using particles”, Institute of Physics Publishing, 1988
  • A.A. Baladin, ed. "Noise and fluctuations. Control in electronic devices". American Scientific Publishers. 2002.
  • Y.P. Tsividis, “Operation and Modeling of the Metal-oxide Semiconductor transistor”, Mcgraw hill, 1999.
  • C. Galup-Montoro, M.C. Schneider, “MOSFET modeling for circuit analysis and design”, World Scientific, 2007.
  • C. Enz and E.A. Vittoz, “Charge-Based MOS Transistor Modeling: The EKV Model for Low-Power and RF IC Design”. New York: Wiley, 2006.
  • O. Marinov, M. J. Deen, J. A. Jiménez-Tejada, Low-frequency noise in downscaled silicon transistors: Trends, theory and practice, Physics Reports 990 (2022) 1–179

Enlaces recomendados

Metodología docente

  • MD01 Lección magistral (Clases teóricas-expositivas). Para transmitir los contenidos de las materias del módulo motivando al alumnado a la reflexión, facilitándole el descubrimiento de las relaciones entre diversos conceptos y formándole una mentalidad crítica. 
  • MD02 Actividades prácticas (Clases prácticas). Para desarrollar en el alumnado las habilidades instrumentales de la materia. 
  • MD03 Seminarios. Para desarrollar en el alumnado las competencias cognitivas y procedimentales de la materia. 
  • MD04 Tutorías académicas: Para orientar al trabajo autónomo y grupal del alumnado, profundizar en distintos aspectos de la materia y orientar la formación académica integral del estudiante. 
  • MD05 Estudio y trabajo autónomo del alumnado. Para favorecer en el estudiante la capacidad para autorregular su aprendizaje, planificándolo, diseñándolo, evaluándolo y adecuándolo a sus especiales condiciones e intereses. 
  • MD06 Estudio y trabajo en grupo. Para favorecer en los estudiantes la generación e intercambio de ideas, la identificación y análisis de diferentes puntos de vista sobre una temática, la generalización o transferencia de conocimiento y la valoración crítica del mismo. 

Evaluación (instrumentos de evaluación, criterios de evaluación y porcentaje sobre la calificación final.)

Evaluación Ordinaria

En EVALUACIÓN CONTINUA, la calificación final responde al siguiente baremo: Exámenes orales/escritos de distintos trabajos teóricos que se han propuesto (50%). Exámenes orales/escritos de las distintas actividades prácticas que se han propuesto a lo largo del curso (50%)

Evaluación Extraordinaria

En EVALUACIÓN EXTRAORDINARIA la calificación final responderá al siguiente baremo: Examen oral/escrito sobre conocimientos (100%).

Evaluación única final

La evaluación consistirá en:

  • El 100% de la calificación final se basará en la valoración obtenida mediante la realización de  un examen final en el que se evaluarán los conocimientos y competencias adquiridas, tanto de los contenidos teóricos como de las habilidades para la resolución de problemas y prácticas. Este examen (oral/escrito) se realizará de forma individualizada y coincidirá con la convocatoria ordinaria de la asignatura.
  • Para poder aprobar la asignatura es necesario obtener una nota de 5 o más en el examen final de la asignatura.

Información adicional

Información de interés para estudiantado con discapacidad y/o Necesidades Específicas de Apoyo Educativo (NEAE): Gestión de servicios y apoyos (https://ve.ugr.es/servicios/atencion-social/estudiantes-con-discapacidad).