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 Dr. Szabó Péter Gábor, 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