Física dels Dispositius de Memòria

Crèdits
6
Tipus
Optativa
Requisits
Aquesta assignatura no té requisits , però té capacitats prèvies
Departament
FIS
L'estudiant ha de conèixer els fonaments del magnetisme, les ones electromagnètiques, la física quàntica i l'òptica per tal de comprendre les bases del funcionament de les memòries dels computadors (i d'una àmplia varietat de dispositius com mòbils, tauletes, etc.), així com d'instruments complementaris essencials per la lectura i escriptura de les memòries i la transmissió de dades, com són el làser o les fibres òptiques.

Professorat

Responsable

Altres

Hores setmanals

Teoria
1.9
Problemes
1.8
Laboratori
0.3
Aprenentatge dirigit
0.4
Aprenentatge autònom
5.6

Competències

Competències Tècniques

Competències tècniques comunes

  • CT1 - Demostrar coneixement i comprensió de fets essencials, conceptes, principis i teories relatives a la informàtica i a les seves disciplines de referència.
    • CT1.1A - Demostrar coneixement i comprensió dels conceptes fonamentals de la programació i de l'estructura bàsica d'un computador. CEFB4. Coneixement dels fonaments de l'ús i de la programació dels computadors, dels sistemes operatius, de les bases de dades i, en general, dels programes informàtics amb aplicació a l'enginyeria.
    • CT1.1B - Demostrar coneixement i comprensió dels conceptes fonamentals de la programació i de l'estructura bàsica d'un computador. CEFB5. Coneixement de l'estructura, funcionament i interconnexió dels sistemes informàtics, i dels fonaments de la seva programació.
    • CT1.2A - Interpretar, seleccionar i valorar conceptes, teories, usos i desenvolupaments tecnològics relacionats amb la informàtica i la seva aplicació a partir dels fonaments matemàtics, estadístics i físics necessaris. CEFB1: capacitat per a resoldre els problemes matemàtics que es plantegin en la enginyeria. Aptitud per a aplicar els coneixements sobre: àlgebra, càlcul diferencial i integral i mètodes numèrics; estadística i optimització.
    • CT1.2B - Interpretar, seleccionar i valorar conceptes, teories, usos i desenvolupaments tecnològics relacionats amb la informàtica i la seva aplicació a partir dels fonaments matemàtics, estadístics i físics necessaris. CEFB2. Capacitat per a comprendre i dominar els fonaments físics i tecnològics de la informàtica: electromagnetisme, ones, teoria de circuits, electrònica i fotònica i la seva aplicació per a la resolució de problemes propis de l'enginyeria.
    • CT1.2C - Interpretar, seleccionar i valorar conceptes, teories, usos i desenvolupaments tecnològics relacionats amb la informàtica i la seva aplicació a partir dels fonaments matemàtics, estadístics i físics necessaris. CEFB3. Capacitat per a comprendre i dominar els conceptes bàsics de matemàtica discreta, lògica, algorísmica i complexitat computacional, i la seva aplicació per al tractament automàtic de la informació mitjançant sistemes computacionals i la seva aplicació per a la resolució de problemes propis de l'enginyeria.
  • CT8 - Planificar, concebre, desplegar i dirigir projectes, serveis i sistemes informàtics en tots els àmbits, liderar-ne la posada en marxa, la millora contínua i valorar-ne l'impacte econòmic i social.
    • CT8.1 - Identificar tecnologies actuals i emergents i avaluar si són aplicables, i en quina mesura, per a satisfer les necessitats dels usuaris.
    • CT8.4 - Elaborar el plec de condicions tècniques d'una instal·lació informàtica que compleixi els estàndards i la normativa vigent.

    • Competències Transversals

    Raonament

  • G9 [Avaluable] - Capacitat de raonament crític, lògic i matemàtic. Capacitat de resoldre problemes en la seva àrea d'estudi. Capacitat d'abstracció: capacitat de crear i utilitzar models que reflecteixin situacions reals. Capacitat de dissenyar i realitzar experiments senzills, i analitzar-ne i interpretar-ne els resultats. Capacitat d'anàlisi, de síntesi i d'avaluació.
    • G9.2 - Capacitat d'anàlisi i de síntesi, capacitat de resoldre problemes en la seva àrea d'estudi, i d'interpretar-ne els resultats de manera crítica. Capacitat d'abstracció: capacitat de crear i d'utilitzar models que reflecteixin situacions reals. Capacitat de dissenyar i realitzar experiments senzills i analitzar-ne i interpretar-ne els resultats de manera crítica.

    • Objectius

    1. Comprensió del funcionament de les noves tecnologies per a l'emmagtzemament de dades en ordinadors, mòbils, càmeres, tauletes, etc.
      Competències relacionades: CT8.1, G9.2, CT1.1B, CT1.2B,
    2. Comprensió dels camp magnètics i les seves interaccions
      Competències relacionades: CT1.2A, CT1.2B,
    3. Comprensió del fenomen de la inducció magnètica i les seves aplicacions a la tecnologia
      Competències relacionades: CT1.2A, CT1.2C, CT1.2B,
    4. Comprensió de les característiques de les ones electromagnètiques i les seves aplicacions
      Competències relacionades: CT1.2A, CT1.2C, G9.2, CT1.2B,
    5. Comprensió dels principis bàsics de la Física Quàntica i les seves aplicacions
      Competències relacionades: CT1.2A, CT1.2C, G9.2, CT1.2B,
    6. Comprensió del làser i les seves característiques
      Competències relacionades: CT1.2C, G9.2, CT1.2B,
    7. Comprensió del funcionament dels dispositius electrònics i optoelectrònics
      Competències relacionades: CT1.2C, CT8.1, G9.2, CT1.2B,
    8. Ús d'instruments específics de laboratoris d'electrònica, magnetisme i òptica (oscil·loscopi, multímetre digital, mesura de camps magnètics-sonda Hall, làser, etc.)
      Competències relacionades: CT8.4, G9.2,
    9. Realització d'anàlisi de dades i ús de gran varietat de fonts d'informació
      Competències relacionades: CT1.2A, CT1.2C, G9.2, CT1.1A,

    Continguts

    1. 1. CAMP MAGNÈTIC
      1.1. El magnetisme en la natura. Experiment d'Oersted.
      1.2. Forces magnètiques sobre càrregues i corrents: força de Lorentz.
      1.3. Efecte Hall. Sensors d'efecte Hall.
      1.4. Línies de camp.
      1.5. Generació de camps magnètics. Llei de Biot-Savart.
    2. 2. INDUCCIÓ MAGNÈTICA
      2.1. Fenòmens d'inducció.
      2.2. Llei de la inducció magnètica.
      2.3. Corrents de Foucault.
      2.4. Energia Magnètica.
      2.5. Materials diamagnètics, paramagnètics i ferromagnètics.
      2.6. Memòries magnètiques. Memòries ferroelèctriques. Motors dels discos durs.
    3. 3. ONES ELECTROMAGNÈTIQUES
      3.1. Espectre electromagnètic.
      3.2. Propagació. Lleis de la reflexió i la refracció. Fibres òptiques.
      3.3. Polarització (per absorció, reflexió, i dispersió). Birrefringència. Instruments òptics.
      3.4. Interferència. Difracció. Xarxes de difracció.
      3.5. Memòries òptiques i magnetoòptiques. Memòries hologràfiques.
    4. 4. FÍSICA QUÀNTICA
      4.1. Introducció: efecte fotoelèctric i efecte Compton, idees sobre relativitat especial, espectres atòmics, model de Bohr
      4.2 Propietats ondulatòries de les partícules
      4.3 Principi d'incertesa de Heisenberg
      4.4 Equació de Schrödinger
      4.5 Efecte túnel: Scanning Tunneling Microscope, díode d'efecte túnel
      4.6 Teoria quàntica atòmica: àtom d'hidrogen, spin de l'electró, taula periòdica dels elements
      4.7 Aplicacions: magnetoresistència gegant, Ressonància Magnètica Nuclear
    5. 5. LÀSER
      5.1. Incandescència i luminescència
      5.2. Teoria quàntica de la radiació d'Einstein
      5.3. Elements essencials d'un làser
      5.4. Característiques de la llum làser
      5.5. Classificació dels làsers
      5.6. Aplicacions generals dels làsers
    6. 6. DISPOSITIUS ELECTRÒNICS I OPTOELECTRÒNICS
      6.1. Teoria de la conductivitat: semiconductors.
      6.2. Transistors MOSFET.
      6.3. Memòries flash. Circuits de memòria. Teoria de l'escalat. Fabricació de circuits integrats.
      6.4. Semiconductors de gap directe i indirecte. LED. Díode làser
      6.5. Fotoconductivitat. Fotodíodes. Cèl·lules solars. Sensors CCD i sensors MOS
      6.6. Cel·les DRAM. Miniaturització

    Activitats

    Activitat Acte avaluatiu


    1. Camp Magnètic

    Desenvolupament del tema 1 de l'assignatura: Analitzar les característiques i els efectes dels camps magnètics. Càlcul de camps i forces magnètiques.
    Objectius: 8 9 2
    Continguts:
    Teoria
    4.5h
    Problemes
    4h
    Laboratori
    2.5h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    12h

    2. Inducció magnètica

    Desenvolupament del tema 2 de l'assignatura: Descripció del fenomen de la inducció, els corrents de Foucault i les seves principals aplicacions a l'emmagatzemament de dades: memòries magnètiques
    Objectius: 9 1 3
    Continguts:
    Teoria
    4h
    Problemes
    4h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    12h

    3. Ones electromagnètiques

    Desenvolupament del tema 3 de l'assignatura: Descripció de les característiques de les ones electromagnètiques en connexió amb l'assignatura "Física". Anàlisi dels fenòmens d'interferència i difracció, els cristalls líquids i les seves principals aplicacions a l'emmagatzemament de dades: memòries òptiques, magneto-òptiques i hologràfiques
    Objectius: 8 1 4
    Continguts:
    Teoria
    4.5h
    Problemes
    4h
    Laboratori
    2h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    12h

    4. Física Quàntica

    Desenvolupament del tema 4 de l'assignatura: Introducció als principals fenòmens i equacions quàntiques: dualitat, incertesa, equació de Schrödinger, spin. Aplicació a la magnetoresistència.
    Objectius: 9 1 5
    Continguts:
    Teoria
    5.5h
    Problemes
    6.5h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    12h

    5. Làser

    Desenvolupament del tema 5 de l'assignatura: Descripció de la teoria de la radiació d'Einstein, el làser i les seves propietats i aplicacions.
    Objectius: 8 1 6
    Continguts:
    Teoria
    3h
    Problemes
    2h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    3h

    6. Dispositius electrònics i optoelectrònics

    Desenvolupament del tema 6 de l'assignatura: Repàs i ampliació de la teoria de la conducció en semiconductors i els transistors MOSFET. Aplicacions a les memòries flash, els sensors, les cèl·lules solars.
    Objectius: 9 1 7
    Continguts:
    Teoria
    5h
    Problemes
    4.5h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    12h

    Examen parcial

    Prova escrita després de la impartició dels 3 primers temes.
    Objectius: 1 2 3 4
    Setmana: 8
    Teoria
    0h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    0h

    Examen final/segon parcial

    Prova avaluatòria del continguts de l'assignatura. Els estudiants que hagin superat la primera prova parcial podran fer un examen sobre els 3 darrers temes.
    Objectius: 1 2 3 4 5 6 7
    Setmana: 15 (Fora d'horari lectiu)
    Teoria
    0h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    0h

    Pràctica de simulació

    Presentació oral d'una pràctica de simulació numèrica
    Objectius: 9 4 5
    Setmana: 14 (Fora d'horari lectiu)
    Teoria
    0h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    0h

    Revisió d'acte avaluatiu amb feedback


    Objectius: 9 4 5
    Continguts:
    Teoria
    0h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    3h
    Aprenentatge autònom
    0h

    Metodologia docent

    Els continguts teòrics es treballaran en classes de teoria seguides de sessions pràctiques de problemes i exercicis on es debatran els problemes i es resoldran. Es faran dues pràctiques de laboratori i una pràctica dirigida de simulació numèrica, totes per parelles.

    Mètode d'avaluació

    L'avaluació es basa en un examen final i un examen parcial, l'avaluació dels problemes realitzats a classe, de les pràctiques de laboratori realitzades durant el curs i la qualificació d'un treball de simulació.

    Aproximadament a la meitat del quadrimestre hi haurà un examen parcial, que cobrira la primera meitat del temari. L'examen final posarà a prova tant la primera com la segona part. La primera meitat és opcional per aquells estudiants que hagin aprovat el primer parcial. La qualificació de la primera part serà la màxima de les dues notes.

    La qualificació final es calcularà de la següent manera:

    NF = 0.50*NT + 0.25*NSim + 0.10*NPrac + 0.15*NPro

    On:

    NF = Nota final
    NT = [max (Npar, NEx1) + NEx2] / 2
    NPar = examen parcial
    NEx1 = 1ª meitat de l'examen final
    NEx2 = 2ª meitat de l'examen final
    NSim = Nota del treball de simulació
    NPrac = Nota mitjana de les pràctiques de laboratori
    NPro = Nota de problemes fets a classe

    La nota de la competència transversal G9 serà determinada en els exàmens (NE) i els problemes fets
    a classe (NPro), amb notes: A (excel·lent), B (bé), C(suficient), D (no superat).

    Bibliografia

    Bàsic

    Complementari

    Web links

    Capacitats prèvies

    1. Coneixements generals: Física i Matemàtiques de nivell Fase Inicial de la FIB.

    2. Coneixements específics: d'anàlisi matemàtic, formalisme vectorial i nocions elementals de càlcul diferencial.

    3. Capacitats: d'aprenentatge, de resolució de problemes, de cerca d'informació, d'abstracció i d'ús del llenguatge matemàtic.