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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 4011 - FISICA MODERNA DEL ESTADO SOLIDO
División Académica: División de Ciencias Básicas
Departamento Académico: Dpto. Física
FIS 1043 Calificación Mínima de 3.0 y MAT 4011 Calificación Mínima de 3.0
Número de créditos:
Intensidad horaria (semanal para nivel pregrado y total para nivel postgrado):
3.000 Horas de Teoría
0.000 Horas de Laboratorio
Niveles: Educación Superior Pregrado
Tipos de Horario: Teoría

1. Descripción de la asignatura

La asignatura presenta los experimentos y conceptos que desarrollaron la física moderna del principio del siglo XX, los elementos preliminares de la relatividad especial, la mecánica cuántica y una introducción a la física del estado sólido. Comprende los temas: cinemática relativista, radiación de cuerpo negro, propiedades corpusculares de la materia, modelos atómicos, propiedades ondulatorias de la materia, mecánica cuántica ondulatoria, redes cristalinas, gas de electrones, bandas de energía y cristales semiconductores. El nivel de presentación de los temas que se estudian es intermedio. El curso en general está orientado hacia un desarrollo introductorio de la física de semiconductores.

2. Justificación

La electrónica es una aplicación de la física del estado sólido y 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 ocurren a un nivel atómico en los dispositivos electrónicos.
Este curso está orientado a proporcionar al estudiante los elementos básicos que son de mucha importancia en la física de los semiconductores y que han permitido el desarrollo de la tecnología actual.
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 cuántica y del estado sólido.

5. Resultados de aprendizaje

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

Dimensión de la competencia Resultado de aprendizaje
Conocimientos (saber conocer) Comprende los principios de la mecánica
cuántica y el Estado Sólido, disciplinas
en las que se basa la electrónica y micro-electrónica.
Aplica la mecánica cuántica y la física del
estado en el análisis de sistemas
microscópicos.

Habilidades (saber hacer) Resuelve problemas de aplicación de los de los principios y leyes de la mecánica
cuántica al estado sólido.
Realiza experiencias de laboratorio
cruciales en el desarrollo e interpretación
de la física moderna.
Actitudes (saber ser) Valora la importancia de los aportes de la Mecánica Cuántica y el Estado Sólido al desarrollo de la Ingeniería Electrónica.


Programación del curso

Las lecturas indicadas de los textos: “Introducción a la Física Moderna” (M.García) e “Introducción a la Física del Estado Sólido” (C. Kittel) deben ser estudiadas ANTES de la clase correspondiente.

Sem Fechas Lecturas
(Capítulo) Temas Aplicaciones

UNIDAD I. GENERALIDADES DE LA FISICA MODERNA

1 27-31 Jul Garcia (C1), Sears II (C37) Introducción al curso,Transformaciones galilieanas. Teorias del éter, Experimento de Michelson-Morley.
2 3-6 Ago Garcia (C1), Sears II (C37) Postulados de la Relatividad especial, Transformaciones de Lorentz, aspectos básicos de la dinámica relativista (Conservación del momentum, relación energía-masa). Aceleradores de partículas

3 10-14 Ago Garcia (C2) Radiación térmica y postulados de Planck. Aplicaciones de la Ley de Planck a la radiación. Radiación cósmica de fondo
Lab1: Ley de Stefan-Boltzman
4 18-21 Ago Garcia (C3), Sears II (C38) Efecto fotoeléctrico. Teoría cuántica de la luz.Efecto Compton. Lab2: Medición de h/e
5 24-28 Ago Garcia (C4), Sears II (C39) Estructura atómica. Espectros atómicos. Átomo de hidrógeno. Modelo de Bohr. PRIMER EXAMEN PARCIAL Lab3: Medición de m/e
6 31 Ago-4 Sep Garcia (C5), Sears II (C38) Principio de correspondencia de Bohr. Rayos X. Descubrimiento y propiedades de los rayos X. Modelo mecánico del átomo de Bohr. Taller en Clase

UNIDAD II. ELEMENTOS DE LA MECANICA CUANTICA

7 7-11 Sep Garcia (C6), Sears II (C39) Ondas de materia. Dualidad onda-partícula.
Postulado de De Broglie. Principio de incertidumbre de Heisenberg. Lab 4: Espectros Atómicos

8 14-18 Sep Garcia (C7), Sears II (C40) Principios de la mecánica cuántica. Función de onda y densidad de probabilidad. Ecuación de Schrödinger. Observables y operadores.
Microscopio Electrónico de Barrido

9 21-25 Sep Garcia (C8), Sears II (C40) Aplicaciones de la Ecuación de Schrö-dinger. Caja de potencial. Barreras de potencial. Efecto túnel Oscilador armó-nico clásico y cuántico. Microscopio de Efecto Túnel.

SEGUNDO EXAMEN PARCIAL



UNIDAD III. PROPIEDADES DE LA MATERIA

10 28Sep-2Oct Sears II (C40) Alonso-Finn (C4) Estructura electrónica de átomos.
multielectrónicos. Principio de exclusión. Laboratorio 5: Efecto Zeeman
11 5-6 Oct Garcia (C12). Kittel (C1) Redes cristalinas y tipos de cristales. Planos cristalográficos. Difracción de R-X Laboratorio 6: Experimentos de difracción
12 13-16 Oct Kittel (C6) Teoría del electrón libre. Calor especifico del gas de electrones. Conductividad eléctrica. Medida de la conductividad en metales


UNIDAD IV. FISICA DE DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES, TOPICOS ESPECIALES


13 19-23 Oct Kittel (C7) Teoría cuántica de electrones en redes periódicas. Modelo de Kronig-Penney

TERCER EXAMEN PARCIAL
Laboratorio 7: Efecto Hall


14 26-30 Oct Jasprit (C1,2). Sears II (C42) Semiconductores intrínsecos y extrín-secos. Concentración de portadores y dependencia con la temperatura. Crecimiento de materiales semiconductores. Dispositivos semiconductores: El diodo y el transistor.

14 3-6 Nov Jasprit (C1,2). Sears II (C42) Teoría de uniones p-n. Transistores de unión p-n-p y n-p-n. Aplicaciones. Tópicos especiales de física moderna
Crecimiento de materiales semiconductores. Dispositivos semiconductores: El diodo y el transistor.

16 9-13 Nov Alonso-Finn (C9), Sears II (C44). Tópicos especiales de física moderna

EXAMEN FINAL Aceleradores de partículas, Mediciones astrofísicas.

6. Opciones Metodológicas-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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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





7. Evaluación

Tres exámenes parciales y examen final, además quices (a criterio del profesor), controles de trabajos y talleres en clase. Cada parcial se hará sobre un determinado conjunto de temas organizados por unidades, incluyendo los temas relativos a los laboratorios e informes realizados en el período que se desarrolló la unidad. Los exámenes parciales y final se efectuarán utilizando un esquema de tres partes: 1. Preguntas conceptuales, 2. Desarrollo de un test y 3. Desarrollo de problemas. Los controles de trabajos, talleres y quices representan un 30% de cada corte y el 70 % corresponde a los exámenes escritos al final de cada corte.

Evidencia de aprendizaje Periodo de la evaluación Ponderación de la evaluación
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%

8. Bibliografía

TEXTOS GUIA

1. Introducción a la física moderna, Universidad Nacional de Bogotá. Mauricio García Castañeda. 2003.
2. Introduction to Solid State Physics. Charles Kitell. 8va Edición. 2005.
3. Sears-Zemansky, Young, Freedman. Física universitaria. Pearson. 13ª Edición. 2013.


Bibliografía complementaria


4. Alonso M. y Finn E., Física Vol III, Fondo Interamericano. México. 1971.
5. Feynman, Richard P. The Feynman Lectures on Physics (Vol. II-III). Addison-Wesley (2006).
6. J. P. McKelvey “Física del Estado Sólido y de Semiconductores”. Limusa 1976, México
7. Jasprit Singh, Dispositivos semiconductores,Mac Graw Hill, (1997)


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