Curso de Semicondutores

Aula 1 • Estrutura Atómica e Ligação

Aborda a configuração eletrónica, a ligação covalente e a formação da rede cristalina em semicondutores. Estabelece a base atómica para todo o comportamento elétrico subsequente.

Aula 2 • Mecanismos de Transporte de Portadores

Aborda a deriva e a difusão como os dois processos primários de transporte de portadores. Relaciona campos elétricos e gradientes de concentração com o fluxo de corrente em semicondutores.

Aula 3 • Propriedades dos Semicondutores Intrínsecos

Analisa o comportamento de semicondutores puros, a concentração intrínseca de portadores e a geração térmica de pares eletrão-lacuna. Fornece a base para a compreensão de materiais dopados.

Aula 1 • Impurezas Dadoras e Aceitadoras

Apresenta a dopagem tipo n e tipo p utilizando elementos do Grupo V e do Grupo III. Explica a energia de ionização e como os dopantes deslocam o nível de Fermi.

Aula 2 • Mobilidade e Resistividade em Materiais Dopados

Examina como a dispersão por impurezas reduz a mobilidade dos portadores e aumenta a resistividade. Relaciona a concentração de dopagem com parâmetros elétricos mensuráveis.

Aula 3 • Perfis de Difusão e Implantação Iónica

Descreve como os dopantes são introduzidos e distribuídos em pastilhas semicondutoras através de difusão e implantação iónica. Prepara os estudantes para tópicos de integração de processos.

Aula 1 • Formação da Junção e Potencial Integrado

Explica como a difusão e a deriva estabelecem o equilíbrio numa junção p-n. Deriva o potencial integrado a partir das concentrações de dopagem e do alinhamento do nível de Fermi.

Aula 2 • Efeitos Não Ideais do Díodo

Examina a corrente de geração-recombinação, a resistência série e os efeitos de injeção elevada que causam desvios do comportamento ideal. Prepara os estudantes para a caracterização de dispositivos reais.

Aula 3 • Capacitância de Junção e Rutura

Aborda os modelos de capacitância de depleção e de difusão e os mecanismos de rutura por avalanche e Zener. Relaciona os parâmetros da junção com o projeto de circuitos de alta frequência e de proteção.

Aula 4 • Comportamento em Polarização Direta e Inversa

Analisa a injeção de portadores minoritários em polarização direta e o alargamento da depleção em polarização inversa. Deriva a equação do díodo ideal a partir da difusão de portadores minoritários.

Aula 1 • Oxidação Térmica

Analisa a cinética de oxidação seca e húmida usando o modelo Deal-Grove e fatores de qualidade do óxido. Relaciona os parâmetros de oxidação com as propriedades do dielétrico de porta e do óxido de isolamento.

Aula 2 • Crescimento de Cristais e Preparação de Pastilhas

Aborda os métodos de crescimento Czochralski e de zona flutuante, o corte de pastilhas e a preparação de superfícies. Estabelece os requisitos de qualidade do material de partida para o fabrico de dispositivos.

Aula 3 • Técnicas de Deposição de Películas Finas

Aborda os métodos CVD, PVD e ALD para depositar dielétricos, metais e polissilício. Relaciona os parâmetros de deposição com a conformidade, tensão e composição da película.

Aula 4 • Integração de Processos CMOS

Sequencia o fluxo completo de fabrico CMOS desde a formação dos poços até à metalização. Demonstra como os processos unitários se combinam para formar transístores funcionais.

Aula 1 • Polarização CC e Análise da Reta de Carga

Aplica as leis de Kirchhoff para estabelecer pontos de funcionamento CC estáveis para amplificadores com BJT. Aborda as configurações de polarização fixa, divisor de tensão e estabilização de emissor.

Aula 2 • Ganho de Corrente e Mecanismos de Transporte

Deriva o ganho de corrente de emissor comum a partir do transporte de portadores minoritários através da base. Identifica os fatores que limitam o ganho, incluindo a largura da base e a recombinação.

Aula 3 • Modelos de Pequeno Sinal e Amplificadores

Introduz os modelos híbrido-pi e T para análise de pequeno sinal de estágios amplificadores com BJT. Calcula o ganho de tensão, a impedância de entrada e a impedância de saída.

Aula 4 • Estrutura e Regiões de Operação do BJT

Descreve a geometria dos transístores npn e pnp e define as regiões ativa, de saturação e de corte. Estabelece a base física para a comutação e amplificação dos transístores.

Aula 1 • Características I-V do MOSFET

Deriva as equações de corrente de dreno para as regiões linear e de saturação de MOSFETs de canal n e de canal p. Relaciona o modelo de controlo de carga com as curvas de saída mensuráveis do dispositivo.

Aula 2 • Derivação da Tensão de Limiar

Deriva a tensão de limiar a partir da carga no óxido, da diferença de função de trabalho e da carga de depleção. Permite o projeto quantitativo das características de comutação do MOSFET.

Aula 3 • Física do Condensador MOS

Examina a acumulação, depleção e inversão em estruturas MOS sob polarização de porta aplicada. Estabelece o modelo de controlo de carga subjacente a toda a análise de MOSFETs.

Aula 4 • Modelo de Pequeno Sinal e Amplificadores MOSFET

Desenvolve o circuito equivalente de pequeno sinal e aplica-o às topologias de amplificador de fonte comum, porta comum e seguidor de fonte. Calcula o ganho e a impedância para cada configuração.

Aula 1 • Métodos de Caracterização Elétrica

Aborda medições I-V, C-V e de impedância para díodos, MOSFETs e BJTs. Estabelece a ligação entre as curvas medidas e a física subjacente do dispositivo.

Aula 2 • Análise Física e Química

Introduz SEM, TEM, XRD e SIMS para análise estrutural e composicional de dispositivos semicondutores. Relaciona as medições físicas com o processo e o desempenho do dispositivo.

Aula 3 • Caracterização de Ruído

Aborda as fontes de ruído térmico, de disparo e de cintilação em dispositivos semicondutores e a sua medição. Relaciona os parâmetros de ruído com o desempenho do circuito em aplicações analógicas e RF.

Aula 1 • Dispositivos Emergentes Além-CMOS

Pesquisa FETs de túnel, FETs de capacitância negativa e transístores de materiais 2D como candidatos para prolongar o escalamento. Avalia os seus princípios de funcionamento e maturidade atual.

Aula 2 • Princípios de Escalamento CMOS

Aplica regras de escalamento de campo constante e generalizadas para prever tendências de desempenho, potência e densidade. Identifica os limites físicos que motivam novas arquiteturas de dispositivos.

Aula 3 • Dielétricos de Alta Constante Dielétrica e Portas Metálicas

Explica por que razão os dielétricos de porta de alta constante dielétrica substituem o SiO2 e como as portas metálicas eliminam a depleção de polissilício. Aborda a seleção de materiais, a qualidade da interface e os desafios de integração.

Aula 4 • Tecnologia de Silício sobre Isolador

Aborda a física dos dispositivos SOI totalmente esgotados e parcialmente esgotados e as suas vantagens para operação de baixa potência. Aborda os efeitos de corpo flutuante e a dependência da história.