Guía docente de Caracterización, Simulación y Modelado de Nanodispositivos Electrónicos (M44/56/2/19)

• Mecanismos de dispersión de los portadores.
• Transporte de carga en nanodispositivos electrónicos.
• Técnicas de simulación numérica y modelado compacto. Método de Monte Carlo.
• Herramientas y técnicas de caracterización eléctrica.
• Ruido en nanodispositivos electrónicos.

Se recomienda tener conocimientos básicos de física del estado sólido, física estadística, física cuántica, electromagnetismo y métodos numéricos de resolución de ecuaciones.

El alumno sabrá/comprenderá:

• Utilizar las principales herramientas de simulación numérica de los nanodispositivos semiconductores.
• Resolver ecuaciones diferenciales en derivadas parciales (Ecuación de Poisson, Schroedinger, continuidad, transporte de Boltzmann) mediante diferentes técnicas tanto deterministas como estocásticas (método de Monte Carlo), en estructuras semiconductoras reales.
• Enfrentarse a problemas de transporte de carga en diferentes estructuras, y cálculo de estructuras de bandas.
• Desarrollar modelos compactos de dispositivos electrónicos para la simulación de circuitos.
• Técnicas de implementación de modelos compactos en simuladores de circuitos comerciales.
• Extraer parámetros de modelos compactos.
• Técnicas numéricas avanzadas para el modelado y la extracción de parámetros.
• Las herramientas matemáticas básicas para el tratamiento del ruido en los dispositivos electrónicos.
• Distinguir diferentes tipos de ruido que se localizan en los nanodispositivos electrónicos.
• Medir el ruido en un dispositivo electrónico
• Caracterizar parámetros físicos de un dispositivo semiconductor a partir de medidas de ruido.

1. Nociones básicas sobre los transistores de efecto campo.
2. Métodos numéricos para la resolución de las ecuaciones de Poisson, Schroedinger y Boltzmann.
3. Mecanismos de dispersión de los portadores: Rugosidad superficial, culombiano, vibraciones de la red, interacción portador-portador.
4. Método de Monte Carlo de una y muchas partículas aplicado al transporte de carga en estructuras semiconductoras.
5. Metodología de desarrollo de modelos compactos de dispositivos electrónicos.
6. Técnicas avanzadas de resolución analítica de ecuaciones diferenciales y aproximación de funciones.
7. Técnicas de extracción de parámetros de modelos de dispositivos electrónicos.
8. Estudio del ruido en dispositivos electrónicos. Herramientas matemáticas.
9. Tipos de ruido y su localización en las diferentes regiones de un dispositivo.
10. Caracterización de un dispositivo electrónico a partir de medidas de ruido.

• Simulación TCAD de una unión PN.
• Simulación TCAD de un transistor MOSFET.
• Simulación circuital con MOSFET.
• Caracterización de defectos en el óxido de un MOSFET mediante medidas de ruido.

• A.B. Bhattacharyya “Compact MOSFET models for VLSI design”, John Wiley and Sons, 2009.
• Moglestue. C. ”Monte Carlo simulation of semiconductor devices”, Chapman&Hall, 1993
• K.Tomizawa, “Numerical simulation of submicron semiconductor devices”, Artech House, 1993.
• Van der Ziel, "Noise in solid state devices and circuits", New York. Wiley. 1986.

• Lundstrom, M.; "Fundamentals of carrier transport", Modular Series on Solid - State Devices Vol. X, Addison Wesley Publishing Company 1990.
• Taur, Y. and Ning T.H.; "Fundamentals of modern VLSI devices", Cambridge University Press, 1998
• Hess, K.; "Advanced theory of semiconductor devices", Wiley-IEEE Press, 1999
• Selberherr, S. "Analysis and simulation of semiconductor devices", New York: Springer, 1984.
• Hänsch W.; "The drift-diffusion equation and its applications in Mosfet modeling", Springer-Verlag New-York Inc, 1991
• C.Jacoboni and P.Lugli, “The Monte Carlo method for semiconductor device simulation”, Springer Verlag, 1989
• R.W.Hockney and J.W.Eastwood, “Computer Simulation using particles”, Institute of Physics Publishing, 1988
• A.A. Baladin, ed. "Noise and fluctuations. Control in electronic devices". American Scientific Publishers. 2002.
• Y.P. Tsividis, “Operation and Modeling of the Metal-oxide Semiconductor transistor”, Mcgraw hill, 1999.
• C. Galup-Montoro, M.C. Schneider, “MOSFET modeling for circuit analysis and design”, World Scientific, 2007.
• C. Enz and E.A. Vittoz, “Charge-Based MOS Transistor Modeling: The EKV Model for Low-Power and RF IC Design”. New York: Wiley, 2006.
• O. Marinov, M. J. Deen, J. A. Jiménez-Tejada, Low-frequency noise in downscaled silicon transistors: Trends, theory and practice, Physics Reports 990 (2022) 1–179

En EVALUACIÓN CONTINUA, la calificación final responde al siguiente baremo: Exámenes orales/escritos de distintos trabajos teóricos que se han propuesto (50%). Exámenes orales/escritos de las distintas actividades prácticas que se han propuesto a lo largo del curso (50%)

En EVALUACIÓN EXTRAORDINARIA la calificación final responderá al siguiente baremo: Examen oral/escrito sobre conocimientos (100%).

La evaluación consistirá en:

• El 100% de la calificación final se basará en la valoración obtenida mediante la realización de  un examen final en el que se evaluarán los conocimientos y competencias adquiridas, tanto de los contenidos teóricos como de las habilidades para la resolución de problemas y prácticas. Este examen (oral/escrito) se realizará de forma individualizada y coincidirá con la convocatoria ordinaria de la asignatura.
• Para poder aprobar la asignatura es necesario obtener una nota de 5 o más en el examen final de la asignatura.