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Información detallada de curso

 

Primer semestre 2021
Mar 28, 2024
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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

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, Red Recíproca, Enlaces Cristalinos, Gas de Electrones 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.

3. 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.

4. 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.

5. OBJETIVO GENERAL

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.

6. RESULTADOS DE APRENDIZAJE

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

Conocimientos (saber conocer)

Analizar fenómenos concernientes 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 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.


7. CONTENIDOS

-Teoría especial de la relatividad. Postulados de la relatividad especial. Simultaneidad y relatividad del tiempo. Dilatación del tiempo. Contracción de la longitud. Cantidad de movimiento Relativista
-Espectros continuos y radiación del cuerpo negro
Efecto fotoeléctrico. Teoría cuántica de la luz. Efecto Compton. Absorción de Fotones
-Estructura atómica.
Espectros atómicos.
Átomo de hidrógeno. Modelo de Bohr para átomos hidrogenoides.
Espectros atómicos.
-Dualidad
onda partícula.
Postulado de De Broglie.
Principio de incertidumbre
de Heisenberg. Aplicaciones
-Principios de la mecánica cuántica.
Función de onda y densidad de probabilidad.
-Ecuación de Schrödinger. Partícula libre.
-Caja de potencial
-Barreras de potencial
-El oscilador armónico
-La función de onda. Números cuánticos. Cuantización del momentum angular
-Efecto Zeeman. Estructura electrónica de átomos multielectrónicos
-Arreglo periódico de átomos y tipos fundamentales de redes. Redes de Bravais
-Planos cristalinos. Índices de Miller.
-Estructuras cristalinas simples. Cálculo de densidades.
-La red recíproca y difracción de Rayos X.
-Enlaces en sólidos
-Gas de Fermi de electrones libres. Densidad de estado
-Funciones de distribución de Fermi-Dirac. Energía de Fermi
-Conductividad eléctrica y ley de Ohm.
-Efecto Hall
-Modelo del electrón cuasi-libre
-Funciones de Bloch y modelo de Kronig-Penney
-Ecuación de onda de un electrón en un potencial periódico
-Banda prohibida. Ecuaciones de Movimiento
-Semiconductores directos e indirectos. Masa efectiva
-Semiconductores intrínsecos y extrínsecos, tipo n y p
-Conducción eléctrica en semiconductores intrínsecos
- Adulteración en Semiconductores


8. 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

9. 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: 25%
Segundo parcial: 25%
Tercer parcial: 25%
Examen final: 25%

10. BIBLIOGRAFÍA

TEXTO GUÍA
- Serway Raymond A. Física moderna. Thompson. 3ª Edición. 2006

Bibliografía complementaria

-William Smith, Java Hashemi, Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales, 4a Edición Mac Graw Hill.
-Alonso M. y Finn E., Física Vol III, Fondo Interamericano. México 1971.
-Mauricio García Castañeda. Introducción a la física moderna, Universidad Nacional de Bogotá. 2003
-Charles Kittel, Introduction to Solid State Physics, Wiley 1996. Séptima edición.



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Versión: 8.7.2 [BSC: 8.10]