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, y en el que encontraras 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 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.
Clase en aula convencional: teoría, problemas, casos prácticos, seminarios, etc
Exposición en clase de los contenidos necesarios para adquirir las competencias y resultados del aprendizaje de la asignatura, con participación de los alumnos. Clases de resolución de problemas característicos que forman parte de las destrezas, competencias, y resultados del aprendizaje que se deben alcanzar en esta asignatura.
En las clases de teoría y problemas se enfatizará la capacidad de concebir, proyectar, desarrollar y diseñar nuevos productos complejos, procesos y sistemas en el ámbito de la tecnología microelectrónica y fotónica. También se trabajará la integración de conocimientos de diferentes disciplinas sobre los aspectos sociales, de seguridad, salud y medioambiente de la industria microelectrónica. Finalmente, estas actividades formativas prestarán especial atención al desarrollo de la capacidad para investigar sobre la aplicación de las tecnologías más avanzadas en Microelectrónica y Fotónica y para acometer la formación continua propia de forma independiente a lo largo de la vida.
33
100
Clase en laboratorio: prácticas
Sesiones de laboratorio para desarrollar las competencias prácticas propias de la asignatura. En esta actividad formativa se empleará la metodología de aprendizaje basado en proyectos, que se llevarán a cabo en equipos donde se ejercitará la capacidad de trabajo autónomo y colaborativo, y se evaluarán mediante informes y presentaciones orales.
24
100
Clase en campo o aula abierta (visitas técnicas, conferencias, etc.). En general, actividades que requieren de unos recursos o de una planificación especiales
No se lleva a cabo este tipo de actividad formativa en esta asignatura.
0
100
Clase en aula de informática: prácticas
No se lleva a cabo este tipo de actividad formativa en esta asignatura.
0
100
Actividades de evaluación (sistema de evaluación continua)
Las actividades de evaluación en el sistema de evaluación continua incluirán actividades prácticas, trabajos, proyectos e informes, pruebas e informes de trabajo experimental y presentaciones orales.
3
100
Actividades de evaluación (sistema de evaluación final)
Las actividades de evaluación del sistema de evaluación final guardarán una correspondiencia con las del sistema de evaluación continua e incluirán actividades prácticas, trabajos, proyectos e informes, pruebas e informes de trabajo experimental y presentaciones orales.
0
100
Tutorías
En esta asignatura no se llevan a cabo tutorías obligatorias.
0
50
Trabajo del estudiante: estudio o realización de trabajos individuales o en grupo
Realización de los informes de las prácticas de laboratorio. Trabajo personal destinado a adquirir las competencias y resultados del aprendizaje propios de la asignatura.
120
0
Examen final
Pruebas escritas de problemas y cuestiones teóricas. Consistirán en dos 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 parciales tienen el mismo valor, consistente cada uno en el 30 % de la calificación final de la asignatura.
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.
40 %
Examen final
Pruebas escritas de problemas y cuestiones teóricas. Se corresponderán con los dos parciales, con los mismos contenidos y porcentajes sobre la calificación global de la asignatura y las mismas notas mínimas (véase Sistema de Evaluación Continua).
60 %
Entrega de prácticas
En el sistema de evaluación final la capacidad para el trabajo práctico de laboratorio se evaluará mediante una combinación de entrega de prácticas, entrega de proyectos, exposición de trabajos y entrega de informes.
10 %
Entrega de proyectos
En el sistema de evaluación final la capacidad para el trabajo práctico de laboratorio se evaluará mediante una combinación de entrega de prácticas, entrega de proyectos, exposición de trabajos y entrega de informes.
10 %
Exposición de trabajos
En el sistema de evaluación final la capacidad para el trabajo práctico de laboratorio se evaluará mediante una combinación de entrega de prácticas, entrega de proyectos, exposición de trabajos y entrega de informes.
10 %
Entrega de Informes
En el sistema de evaluación final la capacidad para el trabajo práctico de laboratorio se evaluará mediante una combinación de entrega de prácticas, entrega de proyectos, exposición de trabajos y entrega de informes.
10 %
- 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