Institutional PortalUFPEL

Objetivo Geral:

Objetivos Gerais:
Familiarizar o aluno com os materiais semicondutores e os princípios físicos básicos que governam os dispositivos semicondutores, visando as suas aplicações em engenharia. O estudante deverá ser capaz de compreender com base nos fundamentos da física do estado sólido, o comportamento dos semicondutores, formação de heteroestruturas como junções pn e metal-semicondutor, bem como os processos físicos
envolvidos, com aplicações, em particular para dispositivos.
Objetivos Específicos
• Apresentar ao com base nos fundamentos da mecânica quântica os princípios da física do estado sólido, com especial atenção às aplicações em física dos semicondutores;
• Estudar o comportamento dos semicondutores por efeito de dopagem e seus efeitos nas bandas de energia e condutividade do material
• Estudar a formação de heteroestruturas como junções p-n e metal-semicondutor, bem como os processos físicos envolvidos, com aplicações, em particular para dispositivos.
• Apresentar os principais dispositivos semicondutores e suas aplicações, indo desde os transistores e diodos bipolares, passando pelos dispositivos opto-eletrônicos e chegando até o campo da fotônica.
• Estudar a modelagem matemática destes dispositivos, visando compreender comportamentos não ideais e aspectos de confiabilidade.
• Apresentar novas perspectivas no campo da eletrônica, com os novos materiais e escalas reduzidas de dimensões.

• Introdução: História da Eletrônica, Classificação dos Materiais por sua Condutividade; Principais Materiais Semicondutores e Perspectivas;
• Fundamentos da Mecânica Quântica: Dualidade Onda-Partícula, Incerteza; Equação de Schroedinger; O Poço de Potencial e o Poço Duplo: Lições Importantes; Princípio de Exclusão de Pauli, Férmions, Bósons, Estatística Quântica; Orbitais Atômicos, Hibridização, Tabela Periódica;
Teoria do Estado Sólido: De Átomos e Moléculas ao Sólido, Efeitos de Interações e Simetrias, Teorema de Bloch, Modelo de Kronig-Penney, Estrutura de Bandas, Energia e Nível de Fermi, Densidades de Estados, Definição de Massa Efetiva; O gás de elétrons e os metais;
• Física dos Semicondutores: Bandas de Valência e Condução, Massa Efetiva, Elétrons e o Conceito de Lacunas; Efeitos de Dopagem, Dopagem tipo P e tipo N; Condutividade em Semicondutores Homogêneos, Efeito Hall, Coeficiente de Hall, Magnetorresistência; Transporte e equilíbrio em semicondutores: Processos difusivos, Relação de Einstein, Efeitos Termoelétricos; Junção P-N: análise eletrostática, difusão de portadores e equações de corrente, efeito de retificação; Junção Metal-Semicondutor; Metal-óxido-semicondutor. • Dispositivos Semicondutores: diodos e transistores bipolares, transistor de efeito de campo, CMOS. Tunelamento quântico;
• Processos Ópticos e Dispositivos: Diodos Emissores de Luz, Cavidade Ressonante e LASERs Semicondutores, Foto-detetores. Fotônica.
• Aplicações Modernas: Efeito de Dimensionalidade na Densidade de Estados: simples considerações; Da micro para a nanoeletrônica; novos materiais: nanotubos, nanofios, dispositivos orgânicos, grafeno e potenciais aplicações

Bibliografia Básica:

• REZENDE, Sergio M. Materiais e dispositivos eletrônicos: Sergio M. Rezende. 2. ed. São Paulo: Ed. Livraria da Física, 2004. 547 p. ISBN 8588325276
• OLIVEIRA, Ivan S.; JESUS, Vitor L. B. Introdução à física do estado sólido. São Paulo: Ed. Livraria da Física, 2005. 360 p. ISBN 8588325454
• BAKER, R. Jacob. CMOS: circuit design, layout, and simulation. New York: IEEE, 1998. 902 p. ISBN 0780334167

Bibliografia Complementar:

• KANAAN, Kano. Semiconductor devices. Prentice Hall of India, 2009.
• SZE, Simon M.; NG, Kwok K. Physics of semiconductor devices. John wiley & sons, 2006.
• NEAMEN, Donald A. Semiconductor physics and devices: basic principles. New York, NY: McGraw-Hill, 2012.