Microeletrónica III
Código
11046
Unidade Orgânica
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Departamento
Departamento de Ciências dos Materiais
Créditos
6.0
Professor responsável
Pedro Miguel Cândido Barquinha
Horas semanais
5
Total de horas
90
Língua de ensino
Português
Objectivos
No final da unidade curricular pretende-se que o aluno compreenda quais os principais tipos de ICs existentes e as etapas envolvidas no projecto, fabrico e caracterização dos mesmos, principalmente as relacionadas com a modelação e simulação de dispositivos, circuitos e processos, bem como a implementação prática dessas etapas no desenho de máscaras litográficas, fabrico e caracterização de ICs simples.
Pré-requisitos
Embora não seja requisito obrigatório, é recomendável que os alunos tenham frequência de Desenho Técnico Assistido por Computador, Materiais Semicondutores, Microelectrónica I e II, Electrónica I, II e III.
Conteúdo
Programa das aulas teórico-práticas
De modo a articular os conteúdos programáticos com as disciplinas de Microelectrónica I e II, não se pretendem aqui abordar exaustivamente técnicas de processamento, caracterização e encapsulamento dos materiais e dispositivos que compõe os ICs (já abordados previamente nessas disciplinas), mas sim as questões relativas à estrutura, funcionamento, projecto e concepção de ICs, sendo dado especial ênfase às ferramentas de modelação, desenho e simulação de circuitos e processos. Dado estas etapas serem actualmente muito dependentes de softwares tais como o SILVACO ATLAS ou o Cadence Spectre, disponíveis no CENIMAT, serão facultados aos alunos vários exemplos in-loco durante as aulas teórico-práticas.
- Conceitos elementares sobre electrónica analógica e digital, lógica e portas lógicas
- Famílias lógicas (TTL, ECL, NMOS, CMOS, BiCMOS...)
- Circuitos Integrados (ICs): Conceitos elementares, tipos de Ics (microprocessadores, buffers, registers, memórias...), aplicações, história, diferentes gerações e principais etapas para a concepção de ICs
- Regras de desenho de ICs e de máscaras litográficas
- Modelação de dispositivos eléctrónicos (transístores, resistências, condensadores...) por via analítica e empírica
- Simulação de circuitos e de processos de fabrico
- Fabrico, caracterização e análise de falhas de circuitos
Programa das aulas práticas
Na componente prática da disciplina os alunos irão passar pelas principais fases de projecto e fabrico de um ICs, culminando no fabrico e caracterização de um circuito amplificador em vidro baseado na tecnologia de TFTs de óxidos semicondutores. Dada a quantidade de etapas envolvidas, não se pretende naturalmente que todas elas sejam totalmente efectuadas pelos alunos durante as aulas práticas. O exemplo mais marcante desse aspecto será a fase de fabrico do dispositivo na Câmara Limpa do CEMOP, que consiste essencialmente numa repetição de vários processos de deposição e de litografia já estudados e efectuados pelos alunos nas disciplinas de Microelectrónica I e II, prevendo-se por isso para essa etapa apenas duas aulas de laboratório para exemplificação do processo, compreendendo a deposição e definição de padrão de duas das camadas do circuito (as restantes camadas serão processadas pelo docente).
- Modelação de MOSFETs de Si e de TFTs de óxidos semicondutores, usando resultados experimentais de dispositivos fabricados na FCT-UNL. Utilização dos modelos para simulação de dispositivos (3 aulas)
- Simulação de circuitos baseada nos resultados obtidos por modelação (2 aulas)
- Desenho de máscaras fotolitográficas em CAD para fabrico de circuito amplificador (3 aulas)
- Simulação de processos de fabrico do circuito amplificador (2 aulas)
- Fabrico de circuito amplificador com TFTs de óxidos semicondutores (2 aula)
- Caracterização eléctrica do circuito amplificador e validação dos resultados de simulação (1 aula)
Método de ensino
Aulas teórico-práticas: apresentação de ppts actualizados com os últimos avanços e perspectivas futuras no domínio do projecto, fabrico, caracterização e aplicação de ICs. São naturalmente incluídos os conceitos teóricos subjacentes à temática mas procurando sempre demonstrar a aplicabilidade prática dos mesmos, de forma a fomentar a interacção docente-aluno. Recurso frequente a exemplos práticos nos softwares de modelação e simulação de dispositivos, circuitos e processos existentes no CENIMAT.
Aulas práticas: as aulas práticas serão efectuadas em grupos, numa primeira fase recorrendo a softwares de modelação, simulação e desenho de máscaras, passando-se depois a aulas de laboratório para fabrico e caracterização eléctrica do circuito amplificador previamente simulado, sendo esses processos efectuados pelos alunos, com supervisão do docente.
Método de avaliação
Dada a forte componente prática da disciplina, a frequência é determinada por esta (presença nas aulas práticas e nota ≥9.5 valores nos relatórios), de acordo com a norma geral estabelecida pelo DCM. Conforme o modelo de avaliação contínua vigente na FCT/UNL, serão efectuados 4 momentos de avaliação presencial, 2 mini-testes e 2 relatórios de grupo, tendo cada um destes elementos um peso de 25 % na nota final da disciplina. O 1º mini-teste terá lugar na 6ª ou 7ª semana, sendo o 2º realizado no final do semestre. Os alunos poderão optar por não fazer os mini-testes e fazer um exame final, cujo peso será de 50 %.
Relativamente aos relatórios, o 1º será efectuado após a 6ª aula prática, em grupo, envolvendo modelação de dispositivos e simulação de circuitos. O 2º relatório será efectuado após a 13ª aula prática, individualmente por cada aluno, mas será apenas um complemento do 1º relatório, pretendendo-se apenas que os alunos apresentem os resultados da caracterização do circuito amplificador, determinem os parâmetros característicos do mesmo e com isso concluam sobre a validade dos resultados de simulação.