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Información detallada de curso

 

Primer semestre 2019
Abr 02, 2020
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1. IDENTIFICACION DEL CURSO

Código y Nombre de la Asignatura: FIS 4010 - FISICA MODERNA DEL ESTADO SOLIDO
División Académica: División de Ciencias Básicas
Departamento Académico: Dpto. Física
FIS 1040 Calificación Mínima de 3.0
Número de créditos:
Intensidad horaria (semanal para nivel pregrado y total para nivel postgrado):
4.000 Horas de Teoría
0.000 Horas de Laboratorio
Niveles: Educación Continua, Educación Superior Pregrado
Tipos de Horario: Teoría

1. Descripción de la asignatura

La asignatura presenta los elementos preliminares de la Mecánica Cuántica y un buen compendio de la Física del Estado Sólido. Comprende los temas: Redes Cristalinas y Red Recíproca, Enlaces Cristalinos y Fonones, Gas de Electrones y Bandas de Energía, Cristales Semiconductores y unos Temas Especiales al final que complementarán la formación de los Ingenieros en este campo. El nivel de presentación de los temas que se estudian es intermedio y sólo abarcan aquellos que tienen una importancia central en la física de semiconductores.

2. Justificación

La electrónica, una aplicación de la Física del Estado Sólido, se ha venido desarrollando a grandes pasos en los últimos tiempos. Estos avances tecnológicos requieren de una gran base de conocimientos físicos, en particular de la Mecánica Cuántica y del Estado Sólido, para poder comprender los fenómenos que se producen en los dispositivos electrónicos.
Este curso está orientado a proporcionar al estudiante los elementos teóricos básicos que son de mucha importancia en la física de los semiconductores y que han permitido el desarrollo de la actual tecnología.

3. Competencia a desarrollar

Competencia Básica Institucional:
Desarrollar la capacidad para la síntesis, el análisis y la abstracción, de tal manera que permita reunir, organizar, relacionar y utilizar la información en el proceso de construcción de futuros aprendizajes.


4. Objetivo general del curso


Este curso se orientará a:


Desarrollar competencias básicas de pensamiento: interpretar, argumentar, sustentar, transferir y comprender el conocimiento de los fenómenos de la Física del Estado Sólido.


5. Resultados de aprendizaje

Al finalizar el curso, los estudiantes deben estar en capacidad de:


Dimensión de la competencia
Conocimientos (saber conocer) Analizar fenómenos concernientes a la a la Mecánica Cuántica y del Estado Sólido.
Realiza interpretación acerca de las
leyes y principios de la Mecánica
Cuántica y la Física del Estado Sólido.
Comprende los principios de la
Mecánica Cuántica y el Estado
Sólido, disciplinas en las que se
basa la electrónica y microelectrónica.
Habilidades (saber hacer) Elaborar ensayos escritos para sustentar aplicaciones de leyes y principios de la Mecánica Cuántica y de la Física del Estado Sólido.
Resolver problemas de aplicación de los de los principios y leyes de la
Mecánica Cuántica y la Física del
Estado Sólido.

Actitudes (saber ser) Valorar la importancia de los aportes de la Mecánica Cuántica y el Estado Sólido al desarrollo de la Ingeniería Electrónica.

6. Programación del curso

Temas

1. GENERALIDADES DE LA MECÁNICA CUÁNTICA. (12h)
1.1. Dualidad onda-partícula.
Postulado de De Broglie.
1.2. Principio de incertidumbre de Heisenberg
1.3. Función de onda y densidad de probabilidad.
1.4. Postulados de la Mecánica Cuántica. Ecuación de Schrödinger
1.5. Caja de Potencial y barrera de potencial
1.6. El oscilador armónico
1.7. Problema de dos cuerpos. Átomo de Hidrógeno. Espectros atómicos y modelo de Bohr para átomos hidrogenoides
1.8 Ecuación deSchrödinger.
Separación de variables
1.9 La función de onda y números cuánticos
1.10 Cuantización del momentum angular.
Efecto Zeeman
1.11. Estructura electrónica de átomos multielectrónicos.
2. ESTRUCTURA CRISTALINA Y RED RECÍPROCA (8H)
2.1. Arreglo periódico de átomos y tipos fundamentales de redes
2.2. Planos cristalinos
2.3. Estructuras de cristales simples
2.4. Difracción de ondas por cristales
2.5. Vectores de la red recíproca
2.6 Zonas de Brillouin

3. ENLACES CRISTALINOS (6H)
3.1 Cristal de gases inertes
3.2 Cristales iónicos, covalentes, metálicos y de enlace de hidrógeno
3.3 Radio atómico, constantes de elasticidad y rigidez
3.4 Ondas elásticas en cristales cúbicos
3.5 Vibración de cristales con bases monoatómicas
3.6 Cuantización de ondas elásticas
3.7 Momentum de un fonón
3.8 Dispersión inelásticas por fonones
4. FONÓNES Y PROPIEDADES TÉRMICAS (8h)
4.1 Capacidad calorífica de un fonón
4.2 Conductividad térmica
4.3 Niveles de energía y densidad de estados en una dimensión
4.4 Efectos de la temperatura en la distribución de Fermi-Dirac
4.5 Gas de electrones libres en 3 dimensiones
4.6 Capacidad de calor de un gas de electrones
4.7 Conductividad eléctrica y ley de Ohm
4.8 Conductividad térmica en metales
5. BANDAS DE ENERGÍA (4h)
5.1 Modelo del electrón cuasi-libre
5.2 Funciones de Bloch y modelo de Kronig-Penney
5.3 Ecuación de onda de un electrón en un potencial periódico
5.4 Número de estados en una banda
5.5 Band gap. Ecuaciones de Movimiento
6. TEMAS ESPECIALES (10h)
6.1 Microscopio de barrido por tunelamiento y diodo túnel
6.2 Unión n-p
6.3 Procesos ópticos
6.4 Superconductividad
6.5 Dieléctricos y ferromagnéticos
6.6 Resonancia magnética
6.7 Otros

7. Opciones Metodológícas-Actividades de aprendizaje

Con la siguiente metodología se pretende alcanzar los objetivos propuestos

Exposición de los temas por parte del profesor, estimulando la participación del estudiante por medio de preguntas-guía y problemas modelos. (L1)
Programación de clases prácticas que impliquen discusión y resolución de preguntas y problemas modelos, se hará énfasis en el uso del lenguaje científico apropiado para la descripción de las situaciones. (L2)
Asignación de lecturas complementarias (en español o inglés) a través del catalogo web de la asignatura, revisiones bibliográficas y problemas para su estudio o resolución como trabajo fuera de clase, que serán evaluadas en clase mediante quices, foros o mesas redondas o la estrategia que el profesor considere conveniente para la discusión (L3).
Asignación de actividades que serán desarrolladas en grupo, en clase o por fuera de ellas a criterio del profesor y que pueden ser evaluadas con la estrategia que el profesor considere conveniente para la discusión (L2).
Asignación de material complementario (en español o inglés) a través del catálogo WEB de la asignatura, y eventualmente, a criterio del profesor, se podrán desarrollar módulos en AULA VIRTUAL (L2, L6).
Realización de prácticas de laboratorio de carácter demostrativo por parte del profesor que ayuden al estudiante a apropiarse de los conceptos tratados.
Exposiciones de temas especiales y entrega de material escrito haciendo énfasis en las referencias bibliográficas y revistas especializadas


8. Evaluación
Tres exámenes parciales y examen final, además quices (a criterio del profesor), controles de trabajos y tareas. Cada parcial se hará sobre un determinado material, que también incluye los temas relativos a las experiencias e informes de laboratorio realizados en el período que se desarrolló con dicho material. Los exámenes parciales y final se efectuarán con técnicas de desarrollo y test. Los controles de trabajos y tareas serán evaluadas en los exámenes parciales a criterio del profesor.

Primer parcial Quinta semana de clases 25%
Segundo parcial Novena semana de clases 25%
Tercer parcial Decimotercera semana de clases 25%
Examen final El examen final se llevará a cabo en la fecha, hora y sitio determinado por la Universidad 25%

9. Bibliografía


TEXTO GUIA
Kittel Charles, Introduction to Solid State Physics, Wiley 1996. Séptima edición.



Bibliografía complementaria

1. García Mauricio, Ewert Jeannine. Introducción a la física moderna. Imprenta Universidad Nacional. 2ª Edición. 1977
2. McKelvey J. P. Física del Estado Sólido y de Semiconductores, 3a edición. Limusa, 1989.
3. Singh Jasprit. Dispositivos Semiconductores, McGaw Hill, 1997.
4. Streetman Ben G. Solid State Electronic Devices, 4a edición. Prentice Hall, 1995.
5. Neil Ashcroft y N. David Mermin, Solid State Physics, Saunders College Publishing, 1976.
6. Alonso M. y Finn E., Física Vol III, Fondo Interamericano. México 1971.





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Versión: 8.5.4