Mikroczujniki i mikrosystemy
Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z najnowszymi konstrukcjami różnego typu mikroczujników i mikrosiłowników oraz mikrosystemów wykonywanych w technologii półprzewodnikowej, cienkowarstwowej, typu LIGA i w nanotechnologii w tym w "ink-jet printing". Studenci poznają koncepcje technologii typu "bulk" i technologię typu "surface micromachining".
Rozpatrywane konstrukcje służą do pomiaru wielu wielkości fizycznych (naprężenia, przyspieszenia - akcelerometry, ciśnienia, zmian położenia kątowego - żyroskopy, przepływu, etc), składu chemicznego (czujniki jonoselektywne, .-TAS'y, LoC, microspectrfotometry, microchromatografy, etc). Studenci zapoznają się z aplikacjami tych struktur i ich parametrami w dziedzinie przemysłu, ochrony środowiska i w medycynie.
| Treść wykładu |
1. Wprowadzenie i zagadnienia podstawowe (2h): Definicja czujnika, mikroczujnika, mikrosystemu i ich podstawowe parametry metrologiczne. Typy mikroczujników, mikrosiłowników i mikrosystemów (MEMS, MOEMS, BIOMEMS). Przykłady aplikacji poszczególnych typów. 2. Charakterystyka różnych technologii do wytwarzania mikroczujników i mikrossystemów (4h): właściwości mechaniczne krzemu i związków krzemu, technnologia "bulk" i "surface micromachining", technologia grubo i cienkowarstwowa, technologia LIGA, technologia "ink-jet printing" i nanotechnologia. 3. Mikroczujniki przyspieszenia (4h): piezorezystwne (efektpiezorezystywny), pojemnościowe, bez masy sejsmicznej, w technologii "bulk" i "surface micromachining" , mikroczujniki receptorowe dla robotyki, MEMS'y dla mortoryzacji. 4. Mikroczujniki ciśnienia (4h): piezorezystwne (efekt piezorezystywny), pojemnościowe, różnicowe i do pomiaru bezwzględnego, w technologii "bulk" i "surface micromachining" , MEMS'y dla mortoryzacji i medycyny. 5. Mikrosiłowniki (2h): z wykorzystaniem energii elektrycznej, magnetycznej, piezoelektrycznj, cieplnej, mutipleksery optyczne, mikrozwierciadła sterowane, mikrozawory. 6. MEMS'y dla elektroniki (2h): mikroprzełączniki, mikrorezonatory wysokostabilne, mikrokondensatory przestrajane. 7. Mikrosystemy oparte na prawie Coriolisa (2h): żyroskopy wibracyjne (z silnikiem liniowym) i rotacyjne (z silnikiem obrotowym). 8. Mikrosystemy fluidykowe (2h): LoC (u-TAS), IS-FET'y, biosensory. 9. Mikrospectrometry i mikrochromatgrafy (2h). 10. Techniki integracji i montażu MEMSów (2h): "back side" kontakty, montaż typu flip-chip. 11. Interfejsy czujników inteligentnych i mikrosystemów (2h):przewodowe i bezprzewodowe. 12. Specyficzne aplikacje mikrosystemów, wielkość rynku, prognozy rozwoju. |
| Zakres laboratorium |
1. Półprzewodnikowe czujniki ciśnienia 2. Mikroczujniki chemiczne - CHEMFET' 3. Mikrosystemy w technologii "bulk-" i "surface-" micromachining (na linii technologicznej w ITE) 4. Cienkowarstwowy czujnik wilgotności |
| Warunki zaliczenia |
Do uzyskania 100 pkt: egzamin 70 pkt laboratoria 30 pkt Do zaliczenia potrzeba min. 35pkt z egzaminu i min 15pkt z laboratorium a łącznie min 51 pkt. |
| Literatura |
1. St. D. Senturia - "Microsystem Design", Kluwer Academic Pub., 2001 2. T.R.Hsu - "MEMS and Microsystems- Design, Manufacture andNanoscale Engineering", John Wiley & Sons, Ltd, 2008 3. R.W.Johnstone, M. Parameswaran: - "An Introduction to Surface Micromachining", Kluwer Academic Pub., 2004 4. J.W.Gardner, V.K.Varadan, O.O.Awadelkarim - "Microsensors, MEMS, and Smart Devices", John Wiley & Sons, Ltd, 2007 5. P.Rai-Choudhury - "MEMS and MOEMS Technology and Applications", SPIE Press, 2000 6. Z. Brzózka, W. Wróblewski - "Sensory Chemiczne", Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej 1998; 7. J.Fraden - "Handbook of Modern Sensors", Springer-Verlag, 2004 8. A.Gajek, Z.Juda: - "Czujniki", WKŁ, 2008r 9. J. Zakrzewski - "Czujniki i Przetworniki Pomiarowe", Wydawnictwo Politechniki Śląskiej 2004; |
| Streszczenie (po angielsku) | The newest constructions of microsensors, microactuators as well as integrated microsystems made in different techniques: as semicoductor technology, thin film, LIGA or nanotechnology and "ink-jet printing" will be the main subject of this lecture. Students will also learn the principles of both "bulk" and "surface micromachining" technologies. All investigated structures are either for measurement of physical quantities (stress, acceleration, pressure, dynamic angle change - gyroscopes, flow, etc.), or for both chemical recognition and concentration measurements (ion selective sensors, u-TAS, LoC, microspetctrophotometry, microchromatography, etc.). The sensor structures parameters and the microsensors application in industrial processes, environment protections as well as in medicine will be shown in many examples. |
