Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Mikroelektronika és mikrorendszerek

    A tantárgy angol neve: Microelectronics and Microsystems

    Adatlap utolsó módosítása: 2014. április 29.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnöki Szak

    Ph. D. tárgy

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIEED071 PhD 4/0/0/v 5 1/1
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Kerecsen Istvánné, Elektronikus Eszközök Tanszéke
    4. A tantárgy előadója

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Szabó Péter Gábor

    egyetemi adjunktus

    Elektronikus Eszközök Tanszéke

    Dr. Mizsei János

    egyetemi tanár

    Elektronikus Eszközök Tanszéke

    Dr. Zólomy Imre

    professor emeritus

    Elektronikus Eszközök Tanszéke

    Kerecsenné Dr. Rencz Márta

    egyetemi tanár

    Elektronikus Eszközök Tanszéke

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    VLSI áramkörök, Mikroelektronika

    6. Előtanulmányi rend
    Ajánlott:

    Tematikaütközés miatt a tárgyat csak azok vehetik fel, akik korábban nem hallgatták a következő tárgyakat:

    -

    7. A tantárgy célkitűzése

    A tárgy megismerteti a hallgatókat a mikroelektronika korszerű megoldásaival és legújabb eredményeivel, valamint az integrált mikrorendszerek (MEMS, MOEMS) jellegzetes struktúráival, azok működési elvével. Részletesen tárgyalja a konstrukció és a tesztelés kérdéseit.

    8. A tantárgy részletes tematikája

    Alkatrészek (tranzisztor, ellenállás, kondenzátor, stb.) megvalósítása a bipoláris és a MOS technológiákban. Jellemzőik, elektromos kvalitásaik az alkalmazott technológia függvényében. Technológia és eszközkonstrukció összefüggései. Az eszközök modellezésének kérdései. A szubmikronos eszközök megvalósítása által felvetett új problémák. Elektromigráció.

     

    A mikrorendszer meghatározása. A méretcsökkentés (scale down) hatása a (mikro)rendszerek jellemzőire. Karakterisztikus távolságok és idők származtatása és szerepe a mikrotechnikában. Mikro(mechanikai) rendszerek megvalósítására alkalmas speciális technológiai eljárások: nagy magasság/szélesség viszony elérése. Felületi és tömbi megmunkálási technikák: réteg leválasztás, megmunkálás, izotrop és anizotrop marási technikák, száraz marás (plazma marás), nedves kémiai marási eljárások, elektrokémiai eljárások, marási szelektivitás. Szeletek egymáshoz kötése. Feláldozandó réteg technika. Az IC gyártással kompatibilis módszerek. A LIGA eljárás. Szabványos MEMS technológiák: MUMPS, SUMMiT V, TDSI MIDIS, AMS Bulk Micromachining stb.

    A szilárdságtan alap-összefüggései. Feszültség, deformáció, Hooke törvény. Csúsztató feszültség. A szilárdságtan tenzor elmélete. A feszültségtenzor és a deformációtenzor. Tenzoriális rugalmassági modulus. A szilícium esete. A hajlított rúd. A másodrendű nyomaték. A görbületi sugár függése a nyomatéktól. A csavart rúd. A hajlításra terhelt konzol alakváltozása. A rugóengedékenység számítása. A mindkét végén befogott rugó engedékenysége. Konzol mechanikai rezonancia-frekvenciájának számítása (hajlító módus). Koncentrált paraméteres közelítés. Az elosztott paraméteres probléma differenciál-egyenlete.

    Mechanikai érzékelők: gyorsulásmérő egység. Felépítés, működés. Az érzékenység számítása. A gyorsulás-mérőben alkalmazható elmozdulás érzékelési módok. Nyomásmérő mikroérzékelők (abszolút és relatív), membrántechnológiák.

    Az elektro-termikus transzportegyenletek. Seebeck, Peltier és Thomson effektus. Hőmérséklet érzékelők: termoellenállás, pn diódás érzékelő, bipoláris tranzisztoros érzékelő. A PTAT elv. MOS tranzisztoros érzékelő. Hőmérséklet gradiens érzékelés termoelemmel.

    Termikus elvű infravörös sugárzás érzékelő. Az érzékenység számítása (zajjal megegyező bemeneti jelszint). Termikus elvű effektív érték mérő. Áramlási sebesség és irány érzékelése termikus elven.

    Egyéb mikroérzékelők: elektromos, mágneses, sugárzás és kémiai érzékelők.

    Beavatkozók: fénymoduláció elfordítható mikrotükörrel. Az elektrosztatikus mozgatás nyomatékának számítása. Nyomaték-elfordulás diagram, a lehetséges stabil állapotok. Elektrosztatikus mikromotorok és egyéb mozgató mechanizmusok.

    Áramlástan alapjai, mikrofluidika, Lab-on-Chip rendszerek. Pneumatikus mikrorendszerek: pneumatikus erősítő mikromegmunkálással. Mikrorendszerek hűtése.

    Jellegzetes méréstechnikai módszerek, amelyek a használatos anyagok és struktúrák villamos, optikai, mikromechanikai tulajdonságainak mérésére szolgálnak (elektronmikroszkópia, mikroanalitika, röntgenvizsgálati és mikromechanikai letapogatáson alapuló módszerek, infravörös termográfia, termikus tranziens tesztelés, fotonikai eszközök (LED) kombinált optikai, elektromos, termikus tesztelése)

     

    Elektromos, mechanikai, optikai elemeket tartalmazó komplex mikrorendszerek tervezési, megvalósítási, tesztelési kérdései. A tervezés gépi eszközei: fizikai szimulátorok. Modellezés (ROM, kompakt modellezés, elosztott és koncentrált modellek); csatolt multi-domain rendszerek leírása magasszintű nyelven.

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    Előadás és szeminárium

    10. Követelmények

    a. A szorgalmi időszakban: az aláírás feltétele 1 db házi feladat min. elégséges szintű kidolgozása: egy-egy mikroelektronikai vagy MEMS témájú, angol nyelvű folyóiratcikk feldolgozása és szeminárium jellegű előadása..

    b. A vizsgaidőszakban: írásbeli és szóbeli vizsgát tartunk.

    11. Pótlási lehetőségek

    A házi feladat a pótlási héten pótolható.

    12. Konzultációs lehetőségek

    Konzultálni az előadókkal történt személyes egyeztetés alapján lehetséges.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Mikroelektronika és Elektronikai Technológia, Szerk. Dr. Mojzes I. Műszaki Könyvkiadó, 1995

    A. S. Sedra, K. C. Smith: Microelectronic circuits, Oxford University Press, 1998

    CMOS Analog Circuit Design, P.E.Allen, D.R. Holberg, Oxford University Press, 1987

    Microsensors, J.W. Gardner, John Wiley & Sons, 1994

    Mikromechanik, A. Heuberger (Hrsg), Springer Verlag, 1991

    IEEE/ASME Journal of Microelectromechanical Systems folyóirat egyes számai

    MSTnews International Newsletter on Microsystems and MEMS folyóirat egyes számai

    Clemens J. M. Lasance András Poppe: Thermal Management for LED Applications, Springer 2014

    Vijay K. Varadan, K. J. Vinoy, S. Gopalakrishnan: Smart Material Systems and MEMS:

    Design and Development Methodologies, John Wiley & Sons, 2006

    Volker Kempe: Inertial MEMS Principles and Practice, Cambridge University Press, 2011

    Stephen D. Senturia: Microsystem Design, Kluwer Academics Publisher 2002

    Baltes, Brand, Fedder Hierold, Korvink, Tabata: Advanced Micro & Nanosystems Volume 2 CMOS – MEMS, Wiley-VCH, 2005

    Maluf, Williams: An Introduction to Microelectromechanical Systems Engineering, Artech House, Inc., 2004

    Lau, Lee, Premachandran, Aibin: Advanced MEMS Packaging, The McGraw-Hill Companies, 2010

    T. Bechtold E.B. Rudnyi J.G. Korvink: Fast Simulation of Electro-Thermal MEMS, Springer, 2006

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

    Kontakt óra

    60

    Félévközi készülés órákra

    15

    Felkészülés zárthelyire

     

    Házi feladat elkészítése

    30

    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása

    15

    ..

     

    Vizsgafelkészülés

    30

    Összesen

    150

    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Székely Vladimír

    egyetemi tanár

    Elektronikus Eszközök Tanszéke

    Dr. Kovács Ferenc

    egyetemi tanár

    Elektronikus Eszközök Tanszéke

    Dr. Mizsei János

    egyetemi tanár

    Elektronikus Eszközök Tanszéke

    Kerecsenné Dr. Rencz Márta
    egyetemi tanár
    Elektronikus Eszközök Tanszéke