Nombre: TECNOLOGÍA Y COMPONENTES MICROELECTRÓNICOS Y FOTÓNICOS
Código: 211101005
Carácter: Obligatoria
ECTS: 6
Unidad Temporal: Cuatrimestral
Despliegue Temporal: Curso 1º - Primer cuatrimestre
Menciones/Especialidades:
Lengua en la que se imparte: Castellano
Carácter: Presencial
[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.
[CB6 ]. Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el 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
[CG12 ]. Poseer habilidades para el aprendizaje continuado, autodirigido y autónomo.
[CG4 ]. Capacidad para el modelado matemático, cálculo y simulación en centros tecnológicos y de ingeniería de empresa, particularmente en tareas de investigación, desarrollo e innovación en todos los ámbitos relacionados con la Ingeniería de Telecomunicación y campos multidisciplinares afines.
[CG7 ]. Capacidad para la puesta en marcha, dirección y gestión de procesos de fabricación de equipos electrónicos y de telecomunicaciones, con garantía de la seguridad para las personas y bienes, la calidad final de los productos y su homologación.
[CG8 ]. Capacidad para la aplicación de los conocimientos adquiridos y resolver problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios y multidisciplinares, siendo capaces de integrar conocimientos.
[CG9 ]. Capacidad para comprender la responsabilidad ética y la deontología profesional de la actividad de la profesión de Ingeniero de Telecomunicación.
[TT10 ]. Capacidad para diseñar y fabricar circuitos integrados
[TT13 ]. Capacidad para aplicar conocimientos avanzados de fotónica y optoelectrónica, así como electrónica de alta frecuencia
[TT14 ]. Capacidad para desarrollar instrumentación electrónica, así como transductores, actuadores y sensores
[CT5 ]. Aplicar a la práctica los conocimientos adquiridos
Al finalizar el programa formativo el estudiante debe ser capaz de:
1. Reconocer sensores, actuadores y transductores: tipos y principio físico de funcionamiento.
2. Usar los diferentes tipos de sensores de acuerdo con su principio físico y en función de su aplicación a la medida de diferentes magnitudes.
3. Reconocer instrumentación electrónica, particularmente para la utilización de sensores, actuadores y transductores y su incorporación en circuitos y sistemas electrónicos.
4. Desarrollar la instrumentación electrónica y diseñar los circuitos de procesamiento de señal, tanto analógicos como digitales.
5. Distinguir entre dispositivos electrónicos de alta frecuencia empleados en la transmisión, recepción, y procesado de información.
6. Desarrollar aplicaciones avanzadas de estos dispositivos electrónicos para la generación y manipulación de señales de alta frecuencia.
7. Distinguir entre dispositivos fotónicos y optoelectrónicos empleados para la transmisión, almacenamiento y visualización de la información.
8. Desarrollar aplicaciones avanzadas de estos dispositivos en comunicaciones ópticas, almacenamiento óptico de información, y captación y visualización de la información.
Tecnologías micro/nanoelectrónicas y procesos de fabricación. Dispositivos electrónicos avanzados. Dispositivos de memoria. Dispositivos fotónicos y optoelectrónica. Sensores, actuadores y sistemas microelectromecánicos (MEMS). Sistemas de instrumentación.
I. COMPONENTES SEMICONDUCTORES DE ALTA FRECUENCIA
1.1. Introducción y conceptos básicos
1.1.1. Las altas frecuencias y principales funciones de electrónica
1.1.2. Principales dispositivos semiconductores de microondas
1.1.3. Propiedades de los semiconductores
1.1.4. Propiedades de nuevos materiales: Grafeno
1.2. Introducción a las tecnologías de microondas
1.2.1. Tecnologías de silicio, GaAs
1.2.2. Tecnologías MIC, MMIC y LTCC y comparación
1.2.3. Tecnología MEMS
1.3. Dispositivos de dos terminales (diodos)
1.3.1. Diodos de tipo Schottky (si, GaAs y grafeno)
1.3.2. Diodos PIN, GUN, IMPATT y TÚNEL
1.4. Dispositivos de tres terminales (transistores)
1.4.1. Transistores MESFET y HEMT
1.4.2. Transistores HBT
1.5. Aplicaciones al diseño de funciones electrónicas
1.5.1. Detectores
1.5.2. Conmutadores
1.5.3. Amplificadores
1.5.4. Osciladores
1.5.5. Mezcladores
II. SENSORES E INSTRUMENTACIÓN
2.1. Aspectos generales sobre los sistemas de instrumentación.
2.1.1. Definiciones. Componentes de un sistema generalizado de medida. Clasificación de los instrumentos electrónicos. Métodos de medida.
2.1.2. Incertidumbre en las medidas.
2.1.3. Características estáticas, dinámicas, y régimen transitorio de un sistema de instrumentación.
2.2. Fundamentos y características de los sensores.
2.2.1. Sensores potenciométricos y piezoeléctricos.
2.2.2. Sensores capacitivos, inductivos, y electromagnéticos.
2.2.3. Sensores termoeléctricos.
2.2.4. Sensores táctiles para pantallas de dispositivos móviles.
2.2.5. Acelerómetros y sensores de orientación para dispositivos móviles.
2.3. Circuitos electrónicos de acondicionamiento de señal.
2.3.1. Acondicionadores de señal para sensores resistivos.
2.3.2. Amplificadores de instrumentación.
2.4. Conversión analógico-digital. Circuitos y aplicaciones.
2.4.1. Aspectos generales y estructura de un sistema de adquisición de datos.
2.4.2. Puertas analógicas. Multiplexores analógicos. Circuitos de muestreo y retención.
2.4.3. Conversores analógico-digital y digital-analógico. Parámetros de los conversores ADC y DAC.
III. DISPOSITIVOS FOTÓNICOS Y OPTOELECTRÓNICA
3.1. LEDs
3.1.1. LEDs de heteroestructura y de alta intensidad.
3.1.2. LEDs orgánicos (OLEDs)
3.1.3. Aplicaciones:
- LEDs para comunicaciones ópticas
- Iluminación de bajo consumo con LEDs (emisión de luz blanca)
- Tecnologías de pantallas planas: cristal líquido y OLEDs
3.2. Láseres
3.2.1. Teoría del efecto láser: emisión estimulada y amplificación óptica
3.2.2. Láseres de gas
3.2.3. Diodos láser de heteroestructura y de pozo cuántico
3.2.4. Aplicaciones:
- Amplificadores ópticos para comunicaciones: láser y fibra dopada
- Almacenamiento óptico de información: CD, DVD, Blu-ray
- Holografía y otras aplicaciones de la coherencia de la luz
3.3. Fotodetectores
3.3.1. Fotodiodos p-i-n, de avalancha, y de heteroestructura
3.3.2. Fototransistores y detectores fotoconductivos
3.3.3. Aplicaciones:
- Dispositivos fotovoltaicos (células solares)
- Dispositivos de formación de imágenes (cámaras CCD y CMOS)
- Sensores de infrarrojo y cámaras térmicas de visión nocturna
IV. Fabricación de dispositivos microelectrónicos y fotónicos: aspectos medioambientales y socioeconómicos.
4.1. Aspectos sociales, de salud y seguridad en la fabricación de dispositivos electrónicos y fotónicos.
4.2. Consideraciones medioambientales en la fabricación de dispositivos electrónicos y fotónicos.
4.3. Consideraciones socioeconómicas sobre el impacto de la industria microelectrónica.
I. ELECTRÓNICA DE ALTA FRECUENCIA
Práctica 1. Introducción a ADS. Práctica 2. Diseño con ADS de un amplificador de microondas.
II. INSTRUMENTACIÓN Y SENSORES
Práctica 1. Configuración del Sistema de Adquisición de Datos mediante PC Práctica 2. Introducción a Data Acquisition Toolbox Práctica 3. Entrada Analógica Práctica 4. Salida Analógica Práctica 5. Entradas y Salidas Digitales Práctica 6. Disparo y almacenamiento de información en disco
III. FOTÓNICA Y OPTOELECTRÓNICA
Práctica 1. LEDs de emisión de luz blanca para iluminación de bajo consumo. Práctica 2. Caracterización de una célula solar fotovoltaica. Práctica 3. OTDR (Optical Time Domain Reflectometer). Práctica 4. Comunicación a través de fibra óptica.
IV. Fabricación de dispositivos microelectrónicos y fotónicos: aspectos medioambientales y socioeconómicos.
Trabajo basado en proyectos autónomos y colaborativos sobre aspectos sociales, de salud y seguridad en la fabricación de dispositivos electrónicos y fotónicos, así como consideraciones medioambientales y socioeconómicas. Esta parte de la asignatura se desarrollará mediante la metodología de aprendizaje basado en proyectos, que se realizarán en equipos que funcionarán de manera autónoma y colaborativa. La evaluación se llevará a cabo mediante informes y presentaciones orales.
La Universidad Politécnica de Cartagena considera como uno de sus principios básicos y objetivos fundamentales la promoción de la mejora continua de las condiciones de trabajo y estudio de toda la Comunidad Universitaria. Este compromiso con la prevención y las responsabilidades que se derivan atañe a todos los niveles que integran la Universidad: órganos de gobierno, equipo de dirección, personal docente e investigador, personal de administración y servicios y estudiantes. El Servicio de Prevención de Riesgos Laborales de la UPCT ha elaborado un "Manual de acogida al estudiante en materia de prevención de riesgos" que puedes encontrar en el Aula Virtual en el apartado actúa sobre una emergencia, pestaña "guías técnicas", y en el que encontrarás instrucciones y recomendaciones acerca de cómo actuar de forma correcta, desde el punto de vista de la prevención (seguridad, ergonomía, etc.), cuando desarrolles cualquier tipo de actividad en la Universidad. También encontrarás en el apartado actúa sobre una emergencia, recomendaciones sobre cómo proceder en caso de emergencia o que se produzca algún incidente. En especial, cuando realices prácticas docentes en laboratorios, talleres o trabajo de campo, debes seguir todas las instrucciones del profesorado, que es la persona responsable de tu seguridad y salud durante su realización. Consúltale todas las dudas que te surjan y no pongas en riesgo tu seguridad ni la de tus compañeros.
I. ADVANCED HIGH FREQUENCY SEMICONDUCTOR DEVICES
1.1. Introduction.
1.2. Two-terminal devices: PIN, Gunn, IMPATT.
1.3. Three-terminal devices: MESFET, HEMT, HBT.
1.4. Applications: Detectors, mixers, amplifiers and oscillators.
II. SENSORS AND INSTRUMENTATION
2.1. General introduction to instrumentation systems.
2.2. Sensors: physical principles and characteristics.
2.3. Electronic circuits for signal conditioning.
2.4. Analog to digital conversion. Circuits and applications.
III. OPTOELECTRONICS AND PHOTONICS
3.1. LEDs: advanced structures and applications (communications, illumination, displays)
3.2. LASERs: theory of operation, types, and applications (optical data storage, holography, optical fiber amplifiers).
3.3. Photodetectors: advanced structures and applications (solar cells, image sensors, IR detection).
IV. Microelectronic and photonic device fabrication: environmental and socioeconomic considerations.
4.1. Health, security, and other social issues in the fabrication of microelectronic and photonic devices.
4.2. Environmental considerations in the fabrication of microelectronic and photonic devices.
4.3. Socioeconomic considerations on the impact of the microelectronic industry.
- La capacidad de concebir nuevos productos, procesos y sistemas se desarrolla en esta asignatura gracias a un enfoque orientado hacia las aplicaciones, tanto en la teoría como en las prácticas. Estas últimas han sido rediseñadas en el curso 22/23 para reforzar el desarrollo de la capacidad de innovación a través de la metología de aprendizaje basado en proyectos y la realización de trabajos autónomos y cooperativos.
- Un nuevo bloque ha sido introducido en el programa de teoría. Se trata del bloque IV sobre aspectos medioambientales y socioeconómicos en la fabricación de dispositivos microelectrónicos y fotónicos. Este bloque pretende desarrollar la capacidad para integrar conocimiento de diferentes disciplinas considerando aspectos sociales, de salud y seguridad, ambientales, económicos y tecnológicos. Asimismo, los tres primeros bloques han sido rediseñados para intensificar la adquisición de la capacidad de proyectar, desarrollar y diseñar nuevos productos complejos, así como procesos y sistemas, en el ámbito de los componentes y dispositivos microelectrónicos y fotónicos, con especificaciones definidas de forma incompleta y/o en conflicto, la selección y aplicación de las metodologías apropiadas, y la utilización de la creatividad para desarrollar nuevas metodologías de proyecto en este ámbito. De este modo se desarrolla también la capacidad de integrar conocimientos y manejar conceptos complejos, formular juicios con información limitada o incompleta, y la reflexión sobre responsabilidad ética y social relacionada con la aplicación de su conocimiento y opinión.
- La capacidad de investigar sobre la aplicación de las tecnologías más avanzadas en Microelectrónica y Fotónica se consigue en esta asignatura mediante la adecuada combinación y complementariedad entre los contenidos teóricos y las prácticas de laboratorio. Con este fin es necesario primero una sólida base teórica en la física de los semiconductores y de los dispositivos. Ello se logra con clases de teoría en las que se abordarán conocimientos y conceptos al nivel más avanzado de este campo. Estos conocimientos se integran con clases de problemas y prácticas de laboratorio para hacer posible el desarrollo de la capacidad de investigar al nivel más avanzado de la ingeniería de telecomunicación, concretamente en los campos de la Microelectrónica y la Fotónica. Se resuelven problemas basados en artículos de revistas de investigación, y se llevan a cabo experimentos de laboratorio tal y como se realizan en los laboratorios de investigación.
- La preparación para acometer la formación continua de manera independiente se lleva a cabo de manera simultánea al desarrollo de la capacidad para investigar en Microelectrónica y Fotónica mediante la integración de contenidos teóricos, problemas basados en artículos de revistas de investigación y prácticas de laboratorio propias de un contexto investigador.
Estudio personal o en grupo de alumnos.
En el estudio personal y en grupo los alumnos trabajan las competencias de trabajo autónomo por un lado, y por otro trabajo en equipo en un entorno multidisciplinar, combinando aprendizaje basado en proyectos con capacidad para investigar y habilidades sociales como el liderazgo, la tolerancia y el respeto mutuo.
90
0
Preparación de trabajos y ejercicios (incluye tiempo para consulta bibliográfica y documentación).
En la preparación de trabajos y ejercicios los alumnos desarrollan un conjunto muy importante de competencias que les preparan para trabajar en el futuro en entornos cambiantes y multidisciplinares, con especial énfasis en la investigación y el desarrollo de nuevas ideas y productos.
30
0
Clase magistral participativa
Durante la clase magistral participativa se sientan las bases para la adquisición de las competencias básicas, generales, transversales y específicas de la asignatura. Mediante estas clases se dota al alumno de las heramientas necesarias que tendrá que utilizar para completar la adquisición de estas cometencias durante sus horas de trabajo no presencial (estudio personal o en grupo y preparación de trabajos y ejercicios).
27
100
Clase orientada a la resolución de problemas y casos de estudio.
Las clases orientadas a la resolución de problemas y casos de estudio son fundamentales para la adquisición de las competencias orientadas hacia el trabajo autónomo le alumno, que le permitirán en el futuro completar su formación a lo largo de la vida.
6
100
Clase práctica en laboratorio.
En la clase práctica de laboratorio se adquieren competencias para el trabajo en un entorno multidisciplinar, orientado hacia la investigación, en equipo y basado en proyectos.
24
100
Realización de pruebas de evaluación (tiempo de duración de los exámenes y otras pruebas de evaluación en el aula).
En las pruebas de evaluación los alumnos demuestran la adquisición de las competencias que se han trabajado en la asignatura, con particular énfasis en el trabajo autónomo y en la capacidad de resolver problemas multidisciplinares.
3
100
Examen final
Pruebas escritas de problemas y cuestiones teóricas. Consistirán en dos actividades de evaluación parciales, que se realizarán en el periodo que la Escuela estipule para ello. Se exigirá una nota mínima de 3 puntos sobre 10 en cada parcial para superar la asignatura. Los dos actividades parciales tienen el mismo valor, consistente cada uno en el 30 % de la calificación final de la asignatura.
En las convocatorias ordinaria y extraordinaria, los estudiantes podrán examinarse de las actividades de evaluación parciales que no hayan superado el mínimo. Estas actividades mantendrán el mismo peso del 30 %.
60 %
Trabajo práctico de laboratorio
Actividad de evaluación obligatoria consistente en el seguimiento personalizado del trabajo realizado en el laboratorio y los informes de las prácticas llevadas a cabo durante el periodo docente.
En las convocatorias ordinaria y extraordinaria la evaluación consistirá en un examen práctico y en la entrega de los informes de laboratorio. El examen práctico no exime de la obligatoriedad de haber realizado todas las prácticas de laboratorio durante el periodo docente.
40 %
- En el sistema de evaluación continua, la asistencia a las prácticas de laboratorio es obligatoria, así como la entrega de un informe con los resultados de cada práctica, en las fechas que se determinen.
- La evaluación del conjunto de las prácticas podrá tener en cuenta los siguientes factores: seguimiento del trabajo realizado en el laboratorio por parte de los profesores e informes con los resultados de cada práctica.
- Se contemplará un mecanismo de recuperación de prácticas para aquellas faltas de asistencia justificadas según los criterios de la normativa de evaluación. Este mecanismo consistirá en una solicitud al profesor de un tiempo de uso de laboratorio dentro de las franjas horarias habilitadas para este fin.
Autor: Streetman, Ben G.
Título: Solid state electronic devices
Editorial: Prentice-Hall
Fecha Publicación: 2010
ISBN: 9780132454797
Autor: Lázaro, Antonio Manuel
Título: Problemas resueltos de instrumentación y medidas electrónicas
Editorial: Paraninfo
Fecha Publicación: 1994
ISBN: 8428321418
Autor: Capmany, José
Título: Dispositivos de comunicaciones ópticas
Editorial: Síntesis
Fecha Publicación: 1999
ISBN: 847738634
Autor: Mandado Pérez, Enrique
Título: Instrumentación electrónica
Editorial: Marcombo
Fecha Publicación: 1995
ISBN: 8426710115
Autor: Pallàs-Areny, Ramón
Título: Sensores y acondicionadores de señal
Editorial: Marcombo
Fecha Publicación: 2003
ISBN: 8426713440
Autor: Mandado Pérez, Enrique.
Título: Instrumentación electrónica
Editorial: Marcombo,
Fecha Publicación: 1995
ISBN: 9788426710116
Autor: Pallàs-Areny, Ramón
Título: Sensores y acondicionadores de señal problemas resueltos
Editorial: Marcombo
Fecha Publicación: 2008
ISBN: 9788426714947
Autor: Wilson, J.
Título: Optoelectronics: an introduction
Editorial: Prentice Hall
Fecha Publicación: 1989
ISBN: 0136384617
Autor: Wilson, John
Título: Optoelectronics an introduction
Editorial: Prentice Hall
Fecha Publicación: 1998
ISBN: 0136384617
Autor: Kasap, S.O.
Título: Optoelectronics and photonics principles and practices
Editorial: Financial Times Prentice Hall,
Fecha Publicación: 2013
ISBN: 9780273774174
Autor: Liu, William
Título: Fundamentals of III-V devices HBTs, MESFETs, and HFETs/HEMTs
Editorial: John Wiley & Sons
Fecha Publicación: 1999
ISBN: 0471297003
Autor: Mishra, Umesh K.
Título: Semiconductor device physics and design
Editorial: Springer,
Fecha Publicación: 2008
ISBN: 9781402064807
Autor: Wolf, Stanley
Título: Student reference manual for electronic instrumentation laboratoires
Editorial: Prentice Hall
Fecha Publicación: 1990
ISBN: 0138557764
Autor: Waser, Rainer
Título: Nanoelectronics and information technology advanced electronic materials and novel devices
Editorial: Wiley-VCH
Fecha Publicación: 2005
ISBN: 3527405429
Autor: Martín Pereda, José Antonio
Título: Sistemas y redes ópticas de comunicaciones
Editorial: Prentice Hall
Fecha Publicación: 2004
ISBN:
Autor: Wolf, Stanley
Título: Student reference manual for electronic instrumentation laboratories
Editorial: Prentice Hall
Fecha Publicación: 2004
ISBN: 0130421820
Autor: Jaeger, Richard C.
Título: Introduction to microelectronic fabrication
Editorial: Prentice Hall
Fecha Publicación: 2002
ISBN: 0201444941