Introducción a los Dispositivos Semiconductores: Principios y Modelos

PEDRO JULIÁN

Ediuns

Lugar: Bahía Blanca; Año: 2011 p. 218

978-987-1620-44-9

A partir de los años setenta, la tecnología de circuitos integrados basada en transistores Complementarios Metal-Oxido-Semiconductor (CMOS) superó en utilización a la tecnología basada en transistors bipolares de juntura. Desde ese momento la tecnología CMOS se convirtió en el pilar del diseño de circuitos integrados modernos, tanto analógicos como digitales. Los contenidos curriculares de las carreras de ingeniería electrónica en los países líderes en diseño electrónico se adaptaron a la nueva tecnología. En Argentina, así como en la mayoría de los países de hispanoamérica, este cambio no se dio, manteniéndose en los cursos básicos el enfoque previo basado en transistores bipolares y componentes discretos. Este libro se basa en más de diez años de experiencia en el dictado de las materias ``Dispositivos Semiconductores´´ y ``Análisis y Diseño de Circuitos Digitales´´, materias de tercer y quinto año respectivamente, de la carrera de Ingeniería Electrónica, de la Universidad del Sur, desde el año 1999 hasta la fecha; y refleja también la experiencia adquirida a través de la enseñanza de los cursos de la Escuela Argentina de Micro-Nanoelectrónica, Tecnología y Aplicaciones (EAMTA), llevada a cabo desde el año 2006 hasta la fecha. El objetivo central de este libro es proveer el material básico en castellano para la enseñanza inicial a nivel de grado de microelectrónica para carreras de ingeniería electrónica e ingenierías afines. El alcance del libro comprende la descripción de los dispositivos básicos microelectrónicos, desde una perspectiva útil para un diseñador de circuitos. El libro tiene como objetivo introducir la electrónica de estado sólido, proveyendo los modelos básicos que más adelante el estudiante requiere para abordar el diseño de etapas básicas de circuitos integrados, tanto analógicas como digitales. Se describen los principios y modelos de cuatro dispositivos fundamentales: la juntura semiconductora, el capacitor MOS, el transistor MOS y el transistor bipolar de juntura. Para todos los dispositivos mencionados se describen los principios básicos de operación y se desarrollan las ecuaciones que modelan su comportamiento en corriente contínua (DC), señalando claramente los rangos de funcionamiento. Estos contenidos proveen la base para el cálculo de puntos de operación (polarización) de circuitos en cursos posteriores. A continuación se desarrollan los modelos lineales incrementales, es decir, aquellos modelos destinados a representar el dispositivo en un pequeño entorno de un punto de trabajo. Estos modelos son la base para el análisis de circuitos en pequeña señal, que incluye cálculo de ganancia, sensibilidad, impedancia, etc. Por último, se derivan las expresiones de las cargas eléctricas acumuladas para cada uno de los distintos dispositivos, y se desarrollan las expresiones de las capacidades asociadas teniendo en cuenta la región de operación. La inclusión de las capacidades de los dispositivos es fundamental para el análisis y diseño frecuencial de circuitos (AC), en particular de filtros. Hay dos características distintivas acerca del enfoque adoptado en este libro. La primera característica es la utilización de resultados experimentales para ilustrar curvas y características de los dispositivos y circuitos utilizados. De esta manera se pretende que el estudiante se familiarice con valores típicos de corrientes, tensiones y tiempos correspondientes a dispositivos reales de circuitos integrados. La segunda característica es la utilización a lo largo del libro de rutinas de Matlab exttrademark para la visualización de ecuaciones. Esto tiene como objetivo integrar la utilización de herramientas auxiliares de cálculo al proceso de aprendizaje del estudiante.