Ingénierie électronique avec nanotechnologie MEng (Hons)

The University of York

Les ordinateurs, les téléphones et presque tous les appareils électroniques de la planète utilisent des circuits numériques. Ce module présente le fonctionnement des circuits logiques numériques dans une variété d'applications, ainsi que les outils et techniques pour leur conception et leur analyse, en s'appuyant sur des exemples tirés d'un ordinateur personnel. Les laboratoires renforcent les concepts théoriques par la conception, la simulation, la construction et la mesure de blocs de circuits numériques utilisant des circuits intégrés discrets et un dispositif logique programmable.

Les objectifs de ce module sont de présenter aux élèves les compétences typiques nécessaires au travail de projet en groupe tout en concevant et en construisant une solution d'ingénierie selon une spécification technique et de développer des compétences d'apprentissage générales en matière de travail en équipe, de recherche, de pratique commerciale,de propriété intellectuelle, d'impact de la technologie sur la société, d'éthique et de gestion de projet.

Ce module t'initie aux nanosciences et aux nanotechnologies avec un accent particulier sur la nanoélectronique, notamment les matériaux à l'état solide, le transport d'électrons dans les dispositifs électroniques 3D, 2D et 1D, et les approches pour fabriquer et caractériser l'électronique à l'échelle nanométrique. Les travaux théoriques sont complétés par des activités pratiques dans la salle blanche du département et les suites de nanotechnologie.

Les ingénieurs modernes ont besoin de solides bases en programmation informatique. Ce module t'aide à acquérir des compétences dans deux langages de programmation populaires, Python et C, par le biais d'exercices de laboratoire de plus en plus stimulants, de conférences et de devoirs de consolidation qui développent les compétences d'ingénierie fondamentales que sont la spécification, la conception et le codage de logiciels.

L'ingénierie est construite sur une base mathématique. Les mathématiques nous aident à modéliser le monde, les circuits, les composants et à écrire du code informatique. Ce module t'aide à faire la transition vers les mathématiques de niveau universitaire, dans le but de développer une familiarité et une aisance dans l'utilisation d'une gamme d'outils mathématiques fondamentaux pour la conception, la modélisation et l'analyse de systèmes et de signaux d'ingénierie.

Ce module couvre certaines des compétences et connaissances essentielles qui t'aideront à étudier de manière indépendante et à produire un travail d'un niveau académique élevé, ce qui est vital pour réussir à York. Ce module : définit l'intégrité et la mauvaise conduite académiques ; explique pourquoi et quand tu dois référencer les sources et le travail d'autres personnes ; propose des exercices interactifs pour t'aider à évaluer si tu as compris les concepts ; et fournit des réponses aux FAQ et des liens vers des ressources utiles.

Les circuits analogiques sont au cœur de tous les appareils électroniques modernes, même ceux à prédominance numérique comme les téléphones, les tablettes et les ordinateurs portables. Ce module te présente les éléments de circuit de base que sont les résistances, les condensateurs, les inductances, les diodes et les amplificateurs opérationnels, explique la physique qui sous-tend leur fonctionnement et les techniques utilisées pour concevoir et analyser les circuits construits à l'aide de ces éléments. Pendant le module, tu concevras, construiras et testeras une carte son externe, en reliant les technologies analogiques et numériques.

Le module Bruit, champs et ondes fournit un contenu essentiel pour la conception de circuits analogiques et numériques, en considérant : les effets du bruit et des interférences sur les performances des circuits ainsi que les concepts de base de la compatibilité électromagnétique. Il présente les effets des lignes de transmission sur les interconnexions tels que le retard, les réflexions et la diaphonie, qui sont des considérations importantes dans tout circuit numérique à haute vitesse et dans la transmission de signaux sur des câbles. La théorie électromagnétique des champs et des ondes est analysée afin d'étayer la théorie des lignes de transmission et de fournir les bases des cours ultérieurs sur les circuits de radiofréquence, les antennes, la propagation sans fil, la nanotechnologie et la conception de dispositifs à semi-conducteurs.

Ce module présente aux élèves les concepts de conception numérique ainsi que le rôle approprié des langages de description du matériel (HDL) dans le flux de conception numérique moderne. Un accent particulier sera mis sur l'utilisation des HDL pour la synthèse des circuits numériques d'une part et sur le développement de tests appropriés grâce à l'utilisation de bancs de test et de simulation HDL.

L'objectif de ce module est de travailler en groupe pour développer un produit électronique pratique tel qu'un multimètre en utilisant une conception analogique et un processeur ARM intégré. Ce module vise à s'appuyer sur le module de projet de conception technique de la première année et à développer davantage les compétences des élèves en matière de travail en groupe. En particulier, les élèves travailleront en groupe sur un produit impliquant du matériel et des logiciels utilisant des processeurs embarqués.

Le module Dispositifs et circuits à semi-conducteurs présente les dispositifs à semi-conducteurs les plus utilisés (diode, transistor à jonction bipolaire et transistor à effet de champ) dans l'ingénierie électronique, en mettant l'accent sur l'analyse et la conception de blocs de construction communs en électronique analogique et numérique. Le programme de laboratoire associé au module renforce les concepts théoriques par la conception, la simulation, la construction et la mesure de ces blocs de construction.

Les objectifs de ce module sont les suivants : introduire les techniques du calcul multivariable (y compris la différenciation partielle, les transformations de coordonnées et les intégrales multiples) ; soutenir les modules appliqués dans des domaines tels que les réseaux, les champs électromagnétiques et la théorie du contrôle ; fournir une introduction à la transformée de Laplace et à la transformée en Z en tant qu'outils pour la théorie et l'analyse des systèmes linéaires ; et développer une conscience et une compréhension de l'utilisation de la transformée de Fourier, des séries de Fourier, de la convolution et des techniques de corrélation pour l'étude des signaux et des systèmes linéaires.

Le module Nanofabrication & Nanoanalyse fournit à la fois une théorie scientifique fondamentale et une expérience pratique sur la nanotechnologie. Le module couvrira diverses techniques de mesure pour sonder la morphologie, les compositions, les propriétés électriques, magnétiques et optiques des matériaux et des dispositifs à l'échelle nano/atomique, ainsi que les techniques de nanofabrication conventionnelles (par exemple, la lithographie par faisceau d'électrons) et non conventionnelles (par exemple, l'auto-assemblage).

Ce module permet aux élèves d'acquérir les compétences de base en programmation Java et de les utiliser dans le cadre de l'ingénierie logicielle pour produire une application importante, comme la simulation de l'essaimage dans les systèmes robotiques autonomes. Ce module vise à développer des compétences pour résumer et montrer sa compréhension des informations provenant de sources fiables et de la rédaction technique.

Nous couvrons ici à la fois la base théorique des ondes électromagnétiques et un large éventail d'applications pratiques, dans les communications utilisant la radio, les micro-ondes et la lumière. En prenant les équations de Maxwell comme point de départ, les élèves apprennent les propriétés clés des ondes telles que la polarisation, la longueur d'onde et la densité de puissance, et découvrent comment celles-ci affectent la propagation des ondes à travers les matériaux et autour des obstacles. Les applications comprennent la conception d'antennes, les communications par guide d'ondes et les réflexions des ondes radio sur l'ionosphère. Dans le travail de laboratoire de soutien, les élèves conçoivent des circuits de lignes de transmission et étudient la propagation optique à l'aide de lasers.

Ce module est une introduction au contrôle par rétroaction des systèmes linéaires et à la façon dont il peut être utilisé pour assurer la stabilité ou pour obtenir une caractéristique de réponse particulière d'un système. Les techniques abordées ont un large éventail d'applications, notamment pour les systèmes mécaniques tels que les robots, et pour les systèmes électroniques tels que les amplificateurs audio.

Le module Nanoélectronique contient des cours et des ateliers axés sur la mécanique quantique et ses applications dans les dispositifs nanoélectroniques. Les phénomènes clés de la mécanique quantique, comme l'effet tunnel quantique, l'oscillateur harmonique, les spins magnétiques et les statistiques quantiques, sont décrits en détail. La résolution de leurs équations est effectuée dans les ateliers.

Les objectifs de ce module sont les suivants : expliquer les principes de fonctionnement et les principales caractéristiques techniques des principaux composants photoniques (sources, récepteurs, modulateurs, amplificateurs) et leur impact sur la conception des systèmes ; expliquer les défis et les principales voies de la miniaturisation et de l'intégration des composants et circuits optiques à l'échelle nanométrique ; expliquer les propriétés optiques des nanostructures (puits quantiques, fils, points) et les principales différences avec celles des matériaux en vrac (3D) ; et expliquer les nouvelles possibilités offertes par l'utilisation des nanostructures dans les composants photoniques.

Les objectifs de ce module sont : introduire et développer une compréhension de la transformée de Fourier discrète ; introduire et développer une compréhension de la convolution discrète et de la corrélation discrète ; développer le théorème d'échantillonnage pour l'échantillonnage et la reconstruction d'un signal analogique ; introduire la transformée en z et décrire la relation entre les transformées de Laplace et en z ; introduire, développer la théorie et comparer les performances des filtres FIR et IIR ; introduire les techniques d'apprentissage automatique pour le traitement des signaux numériques en étudiant les réseaux neuronaux convolutifs profonds pour le traitement des images et du son ; et faire le lien entre la théorie et les applications pratiques du traitement des signaux numériques.

Dans ce projet de groupe, tu travailleras au sein d'une ?entreprise ? pour produire une application logicielle majeure conçue pour un ordinateur de bureau ou une tablette/un téléphone. Tu assumeras un rôle avec une responsabilité spécifique au sein de l'entreprise, par exemple responsable de projet / logiciel / marketing, et tu géreras l'entreprise comme une petite entreprise. Toutes les entreprises étudiantes développent des spécifications de projet basées sur des idées commercialisables et utilisent des méthodes modernes d'ingénierie logicielle pour concevoir/implémenter/tester ce produit. Chaque entreprise étudiante doit présenter ses idées de produit initiales à des bailleurs de fonds et à des mentors commerciaux, et le produit final fait l'objet d'une présentation au personnel qui joue le rôle de "clients".

Le module Systèmes de communication te permet de comprendre en détail le fonctionnement des systèmes de communication sans fil, des concepts théoriques à la conception de systèmes et de réseaux radio pratiques. Les sujets abordés sont les suivants : théorie de l'information ; conception de liaisons sans fil ; signaux, modulation et démodulation radio ; réseaux et protocoles.

Ce module donne l'occasion d'explorer de manière indépendante des concepts avancés en nanoscience et nanotechnologie, notamment l'électronique moléculaire, la nanomédecine et les dispositifs nanoélectroniques et nanophotoniques émergents.

Pour le projet de fin d'études, c'est à l'élève de décider de la nature et de l'orientation de son travail. Un large éventail de sujets de projet est proposé aux élèves au sein du département, et ils peuvent également réaliser des projets dans l'industrie, ou même suggérer leurs propres idées de projet. Le travail s'étend sur deux trimestres et aboutit à la rédaction d'un rapport final.

Le module Stockage de l'information et spintronique combine des conférences et des expériences pratiques avec des dispositifs de stockage. Les cours magistraux portent sur les principes fondamentaux et le développement récent des dispositifs de stockage et de leur fonctionnement. Les travaux pratiques caractérisent les dispositifs spintroniques à l'aide des principales techniques, par exemple la diffraction des rayons X, les mesures magnétiques et de transport.