Materiais Elétricos e Semicondutores

Conhecimentos de Base Recomendados

Conceitos básicos de matemática e física adquiridos em unidades curriculares anteriores (ver Análise Matemática I e II e Mecânica e Ondas)

Métodos de Ensino

A disciplina funciona com dois tipos de aulas: aulas teóricas-práticas, com apresentação e discussão dos diversos itens do programa, e aulas práticas laboratoriais, para clarificação e para aplicação dos conceitos apresentados nas aulas teóricas.

Resultados de Aprendizagem

Os conteúdos desta unidade encontram-se divididos em várias secções ao longo das quais as relações básicas da mecânica quântica, a teoria das bandas dos cristais, a descrição das diferentes abordagens hierárquicas à teoria do transporte de cargas, as vibrações na rede cristalina e suas implicações, a compreensão das propriedades elásticas macroscópicas dos sólidos, e o entendimento dos princípios de funcionamento e aplicações da junção p-n, são abordados de forma sequencial.

As principais competências esperadas dos alunos são a compreensão dos fundamentos da mecânica quântica e da teoria das bandas dos cristais, o entendimento dos principais fenómenos físicos responsáveis pelo transporte de carga nos sólidos, a assimilação dos métodos de investigação de dispositivos de estado sólido e serem capazes de identificar e parametrizar propriedades microscópicas e macroscópicas envolvidas no funcionamento dos dispositivos semicondutores (em particular os baseados na junção p-n).

Estágio(s)

Não

Programa

Estrutura de sólidos cristalinos: Tipos de Ligação Atómica. Natureza dual da matéria. Relações de incerteza de Heisenberg. Equação de Schrodinger.

Distribuição de eletrões em átomos: Princípios de Pauli, Função de Fermi, Função de distribuição para Eletrões Livres, modelo de bandas de energia.

Materiais condutores: Corrente em materiais condutores. Interpretação física da Lei de Ohm. Materiais supercondutores. Materiais de alta resistividade.

Materiais isolantes: Polarização de dielétricos e constante dielétrica. Comportamento dos Dielétricos Sólidos Líquidos e Gasosos. Condensadores.

Materiais semicondutores: Bandas de energia e comportamento das cargas: portadores de carga, impurezas nos semicondutores, concentração de portadores, efeito Hall. Mecanismos de condução: condutividade nos semicondutores. Processos de fabricação dos semicondutores. Relação de Einstein. Tensão térmica (VT). Junções p-n. Junção diretamente e inversamente polarizada. Região de ruptura. Tensão de Zener.

Métodos de Avaliação

Avaliação
Mini Testes: 15.0%
Trabalho laboratorial ou de campo: 25.0%
Exame: 60.0%

Bibliografia

1. D.A. Neamen, Semiconductor Physics and Devices, IRWIN, 1992.

2. M. Rudan, Physics of Semiconductor Devices, Springer, 2015.

3. S.M. Sze, Semiconductor Devices -.Physics and Technology, Wiley, 1985.

4. N. Ashcroft, N. Mermin, Solid State Physics, Saunders, 1976.

5. M. Bsrsoumn, Fundamentals of Ceramics,Mcgraw-Hill, 1997.

6. W.D. Kungery, Introduction to Ceramics, Wiley, 1975