Física de los Dispositivos de Memoria

Créditos
6
Tipos
Optativa
Requisitos
Esta asignatura no tiene requisitos , pero tiene capacidades previas
Departamento
FIS
El estudiante debe conocer los fundamentos del magnetismo, las ondas electromagnéticas, la física cuántica y la óptica para comprender las bases del funcionamiento de las memorias de los computadores (y de una amplia variedad de dispositivos como móviles, tabletas, etc.), así como de instrumentos complementarios esenciales para la lectura y escritura de las memorias y la transmisión de datos, como son el láser o las fibras ópticas.

Profesorado

Responsable

  • Jordi Martí Rabassa (jordi.marti@upc.edu)

Otros

  • Gemma Sese Castel (gemma.sese@upc.edu)

Horas semanales

Teoría
1.9
Problemas
1.8
Laboratorio
0.3
Aprendizaje dirigido
0.4
Aprendizaje autónomo
5.6

Competencias

Competencias Técnicas

Competencias técnicas comunes

  • CT1 - Demostrar conocimiento y comprensión de hechos esenciales, conceptos, principios y teorías relativas a la informática y a sus disciplinas de referencia.
    • CT1.1A - Demostrar conocimiento y comprensión de los conceptos fundamentales de la programación y de la estructura básica de un computador. CEFB4. Conocimiento de los fundamentos del uso y programación de los computadores, los sistemas operativos, las bases de datos y, en general, los programas informáticos con aplicación en ingeniería.
    • CT1.1B - Interpretar, seleccionar y valorar conceptos, teorías, usos y desarrollos tecnológicos relacionados con la informática y su aplicación a partir de los fundamentos matemáticos, estadísticos y físicos necesarios. CEFB2. Capacidad para comprender y dominar los fundamentos físicos y tecnológicos de la informática: electromagnetismo, ondas, teoría de circuitos, electrónica y fotónica y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.
    • CT1.2A - Demostrar conocimiento y comprensión de los conceptos fundamentales de la programación y de la estructura básica de un computador. CEFB5. Conocimiento de la estructura, funcionamiento e interconexión de los sistemas informáticos, así como los fundamentos de su programación.
    • CT1.2B - Interpretar, seleccionar y valorar conceptos, teorías, usos y desarrollos tecnológicos relacionados con la informática y su aplicación a partir de los fundamentos matemáticos, estadísticos y físicos necesarios. CEFB3. Capacidad para comprender y dominar los conceptos básicos de matemática discreta, lógica, algorítmica y complejidad computacional, y su aplicación para el tratamiento automático de la información por medio de sistemas computacionales y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.
    • CT1.2C - Interpretar, seleccionar y valorar conceptos, teorías, usos y desarrollos tecnológicos relacionados con la informática y su aplicación a partir de los fundamentos matemáticos, estadísticos y físicos necesarios. CEFB1: Capacidad para la resolución de los problemas matemáticos que puedan plantarse en la ingeniería. Aptitud para aplicar los conocimientos sobre: algebra, cálculo diferencial e integral i métodos numéricos; estadística y optimización.
  • CT8 - Planificar, concebir, desplegar y dirigir proyectos, servicios y sistemas informáticos en todos los ámbitos, liderando su puesta en marcha, su mejora continua y valorando su impacto económico y social
    • CT8.1 - Identificar tecnologías actuales y emergentes y evaluar si son aplicables, y en qué medida, para satisfacer las necesidades de los usuarios.
    • CT8.4 - Elaborar el pliego de condiciones técnicas de una instalación informática que cumpla los estándares y la normativa vigente.

    • Competencias Transversales

    Razonamiento

  • G9 [Avaluable] - Capacidad de razonamiento crítico, lógico y matemático. Capacidad para resolver problemas dentro de su área de estudio. Capacidad de abstracción: capacidad de crear y utilizar modelos que reflejen situaciones reales. Capacidad de diseñar y realizar experimentos sencillos, y analizar e interpretar sus resultados. Capacidad de análisis, síntesis y evaluación.
    • G9.2 - Capacidad de análisis y síntesis, y capacidad de resolver problemas dentro de su área de estudio, e interpretar de forma crítica sus resultados. Capacidad de abstracción: capacidad de crear y utilizar modelos que reflejen situaciones reales. Capacidad de diseñar y realizar experimentos sencillos y analizar, e interpretar de forma crítica sus resultados.

    • Objetivos

    1. Comprensión del funcionamiento de las nuevas tecnologías para el almacenamiento de datos en ordenadores, móviles, cámaras, tabletas, etc.
      Competencias relacionadas: CT8.1, G9.2, CT1.1B, CT1.2B,
    2. Comprensión de los campos magnéticos y sus interacciones
      Competencias relacionadas: CT1.2A, CT1.2B,
    3. Comprensión del fenómeno de la inducción magnética y sus aplicaciones a la tecnología
      Competencias relacionadas: CT1.2A, CT1.2C, CT1.2B,
    4. Comprensión de las características de las ondas electromagnéticas y sus aplicaciones
      Competencias relacionadas: CT1.2A, CT1.2C, G9.2, CT1.2B,
    5. Comprensión de los principios básicos de la Física Cuántica y sus aplicaciones
      Competencias relacionadas: CT1.2A, CT1.2C, G9.2, CT1.2B,
    6. Comprensión del láser y de sus características
      Competencias relacionadas: CT1.2C, G9.2, CT1.2B,
    7. Comprensión del funcionamiento de los dispositivos electrónicos y optoelectrónicos
      Competencias relacionadas: CT1.2C, CT8.1, G9.2, CT1.2B,
    8. Uso de instrumentos específicos de laboratorios de electrónica, magnetismo y óptica (osciloscopio, multímetro digital, medida de campos magnéticos-sonda Hall, láser, etc.)
      Competencias relacionadas: CT8.4, G9.2,
    9. Realización de análisis de datos y uso de gran variedad de fuentes de información
      Competencias relacionadas: CT1.2A, CT1.2C, G9.2, CT1.1A,

    Contenidos

    1. 1. CAMPO MAGNÉTICO
      1.1. El magnetismo en la naturaleza. Experimento de Oersted.
      1.2. Fuerzas magnéticas sobre cargas y corrientes: fuerza de Lorentz.
      1.3. Efecto Hall. Sensores de efecto Hall.
      1.4. Líneas de campo.
    2. 2. INDUCCIÓN MAGNÉTICA
      2.1. Fenómenos de inducción.
      2.2. Ley de la inducción magnética.
      2.3. Corrientes de Foucault.
      2.4. Energía Magnética.
      2.5. Materiales diamagnéticos, paramagnéticos y ferromagnéticos.
      2.6. Memorias magnéticas. Memorias ferroeléctricas. Motores de los discos duros.
    3. 3. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
      3.1. Espectro electromagnético.
      3.2. Propagación. Leyes de la reflexión y la refracción. Fibras ópticas.
      3.3. Polarización (por absorción, reflexión, y dispersión). Birrefringencia. Instrumentos ópticos.
      3.4. Interferencia. Difracción. Redes de difracción.
      3.5. Memorias ópticas y magnetoópticas. Memorias holográficas.
    4. 4. FÍSICA CUÁNTICA
      4.1. Introducción: efecto fotoeléctrico y efecto Compton, ideas sobre relatividad especial, espectros atómicos, modelo de Bohr
      4.2 Propiedades ondulatorias de las partículas
      4.3 Principio de incertidumbre de Heisenberg
      4.4 Ecuación de Schrödinger
      4.5 Efecto túnel: Scanning Tunneling Microscope, diodo de efecto túnel
      4.6 Teoría cuántica atómica: átomo de hidrógeno, spin del electrón, tabla periódica de los elementos
      4.7 Aplicaciones: magnetorresistencia gigante, Resonancia Magnética Nuclear
    5. 5. LÁSER
      5.1. Incandescencia y luminiscencia
      5.2. Teoría cuántica de la radiación de Einstein
      5.3. Elementos esenciales de un láser
      5.4. Características de la luz láser
      5.5. Clasificación de los láseres
      5.6. Aplicaciones generales de los láseres
    6. 6. DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS Y OPTOELECTRÓNICOS
      6.1. Teoría de la conductividad: semiconductores.
      6.2. Transistores MOSFET.
      6.3. Memorias flash. Circuitos de memoria. Teoría del escalado. Fabricación de circuitos integrados.
      6.4. Semiconductores de gap directo e indirecto. LED. Diodo láser
      6.5. Fotoconductividad. Fotodiodos. Células solares. Sensores CCD y sensores MOS
      6.6. Celdas DRAM. Miniaturización

    Actividades

    Actividad Acto evaluativo


    1. Campo Magnético

    Desarrollo del tema 1 de la asignatura: Analizar las características y los efectos de los campos magnéticos. Cálculo de campos y fuerzas magnéticas.
    Objetivos: 8 9 2
    Contenidos:
    Teoría
    4.5h
    Problemas
    4h
    Laboratorio
    2.5h
    Aprendizaje dirigido
    0h
    Aprendizaje autónomo
    12h

    2. Inducción magnética

    Desarrollo del tema 2 de la asignatura: Descripción del fenómeno de la inducción, las corrientes de Foucault y sus principales aplicaciones en el almacenamiento de datos: memorias magnéticas
    Objetivos: 9 1 3
    Contenidos:
    Teoría
    4h
    Problemas
    4h
    Laboratorio
    0h
    Aprendizaje dirigido
    0h
    Aprendizaje autónomo
    12h

    3. Ondas electromagnéticas

    Desarrollo del tema 3 de la asignatura: Descripción de les características de las ondas electromagnéticas en conexión con la asignatura "Física". Análisis de los fenómenos de la interferencia y la difracción, los cristales líquidos y sus principales aplicaciones en el almacenamiento de datos: memorias ópticas, magneto-ópticas y holográficas
    Objetivos: 8 1 4
    Contenidos:
    Teoría
    4.5h
    Problemas
    4h
    Laboratorio
    2h
    Aprendizaje dirigido
    0h
    Aprendizaje autónomo
    12h

    4. Física Cuántica

    Desarrollo del tema 4 de la asignatura: Introducción a los principales fenómenos y ecuaciones cuánticas: dualidad, incertidumbre, ecuación de Schrödinger, spin. Aplicación a la magnetorresistencia.
    Objetivos: 9 1 5
    Contenidos:
    Teoría
    5.5h
    Problemas
    6.5h
    Laboratorio
    0h
    Aprendizaje dirigido
    0h
    Aprendizaje autónomo
    12h

    5. Láser

    Desarrollo del tema 5 de la asignatura: Descripción de la teoría de la radiación de Einstein, el láser y sus propiedades y aplicaciones.
    Objetivos: 8 1 6
    Contenidos:
    Teoría
    3h
    Problemas
    2h
    Laboratorio
    0h
    Aprendizaje dirigido
    0h
    Aprendizaje autónomo
    3h

    6. Dispositivos electrónicos y optoelectrónicos

    Desarrollo del tema 6 de la asignatura: Repaso y ampliación de la teoría de la conducción en semiconductores y los transistores MOSFET. Aplicaciones a las memorias flash, los sensores, las células solares.
    Objetivos: 9 1 7
    Contenidos:
    Teoría
    5h
    Problemas
    4.5h
    Laboratorio
    0h
    Aprendizaje dirigido
    0h
    Aprendizaje autónomo
    12h

    Examen parcial

    Prueba escrita después de la impartición de los 3 primeros temas.
    Objetivos: 1 2 3 4
    Semana: 8
    Teoría
    0h
    Problemas
    0h
    Laboratorio
    0h
    Aprendizaje dirigido
    0h
    Aprendizaje autónomo
    0h

    Examen final/segundo parcial

    Prueba evaluatoria del contenido de la asignatura. Los estudiantes que hayan superado la primera prueba parcial podrán realizar un examen sobre los 3 últimos temas.
    Objetivos: 1 2 3 4 5 6 7
    Semana: 15 (Fuera de horario lectivo)
    Teoría
    0h
    Problemas
    0h
    Laboratorio
    0h
    Aprendizaje dirigido
    0h
    Aprendizaje autónomo
    0h

    Práctica de simulación

    Presentación oral de una práctica de simulación numérica
    Objetivos: 9 4 5
    Semana: 14 (Fuera de horario lectivo)
    Teoría
    0h
    Problemas
    0h
    Laboratorio
    0h
    Aprendizaje dirigido
    0h
    Aprendizaje autónomo
    0h

    Revisión de acto evaluativo con feedback


    Objetivos: 9 4 5
    Contenidos:
    Teoría
    0h
    Problemas
    0h
    Laboratorio
    0h
    Aprendizaje dirigido
    3h
    Aprendizaje autónomo
    0h

    Metodología docente

    Los contenidos teóricos se trabajarán en clases de teoría seguidas de sesiones prácticas de problemas y ejercicios donde se debatirán los problemas y se resolverán. Se harán dos prácticas de laboratorio y una práctica dirigida de simulación numérica, todas por parejas.

    Método de evaluación

    La evaluación se basa en un examen final y un examen parcial, la evaluación de los problemas realizados en clase, de las prácticas de laboratorio realizadas durante el curso, y la calificación de un trabajo de simulación.

    Aproximadamente a la mitad del cuatrimestre habrá un examen parcial, que cubriera la primera mitad del temario. El examen final pondrá a prueba tanto la primera como la segunda parte. La primera mitad es opcional para aquellos estudiantes que hayan aprobado el primer parcial. La calificación de la primera parte será la máxima de las dos notas.

    La calificación final se calculará de la siguiente manera:

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

    Donde:

    NF = Nota final
    NT = [max (Npar, NEx1) + NEx2] / 2
    NPar = examen parcial
    NEx1 = 1ª mitad del examen final
    NEx2 = 2ª mitad del examen final
    NSim = Nota del trabajo de simulación
    NPrac = Nota media de las prácticas de laboratorio
    NPro = Nota de problemas hechos en clase

    La nota de la competencia transversal G9 será determinada en los exámenes (NE) y los problemas realizados
    en clase (NPro), con notas : A ( excelente ) , B ( bien ) , C ( suficiente ) , D ( no superado ) .

    Bibliografía

    Básico

    Complementario

    Web links

    Capacidades previas

    1. Conocimientos generales : Física y Matemáticas de nivel Fase Inicial de la FIB.

    2. Conocimientos específicos : de análisis matemático, formalismo vectorial y nociones elementales de cálculo diferencial.

    3. Capacidades : de aprendizaje , de resolución de problemas, de búsqueda de información, de abstracción y de uso del lenguaje matemático.