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

Fizika, mikroelektronika, elektronikai technológia

A tantárgy célkitűzése, hogy megismertesse a hallgatókat az Okosrendszerek, és ezekben leggyakrabban alkalmazott MEMS eszközök felépítésével, működésének fizikai hátterével és gyártástechnológájának alapjaival. Az elméleti ismereteket MEMS és bio-MEMS alkalmazási példákkal támasztjuk alá. A számítógépes laboratóriumi munka során modern okoseszközök szétszerelésével, vizsgálatával és mélyebb megértésével foglalkozunk.

Előadástémák:

1. Okosrendszerek, kiberfizikai rendszerek és az IoT eszközök koncepciójának áttekintése
2. Integrált okosrendszerek és azok építőelemei
3. Mobil telefon, mint okos eszköz. Okostelefonok hierarhiája.
4. MEMS érzékelők és beavatkozók az okos eszközökben.
5. Okosrendszer gyártástechnológiájának áttekintése
6. Integrált elektronika és mikro-elektromechanikai eszközök (MEMS)  gyártástechnológiája
7. Integrált okosrendszerek tokozása
8. Mikromechanika, elektro-mechanikus csatolás
9. Tipikus elektro-mechanikus mikrorendszerek analízise – mikrotükör, fésűs-meghajtó, giroszkópok
10. Termikus mikrorendszerek, elektro-termikus csatolás
11. BioMEMS: Mikrofluidika alapjai: laminar áramlás, keveredés, fókuszálás. Transzport jelenségek: konvektív és conduktív tömegáramlás, diffúzió a mikrofluidikában. Droplet mikrofluidika: alapok és alkalmazások. Áramlási térkép, tipikus többfázisú áramlási régiók. Hőátadás Taylor áramlásokban, keveredés mikrodropletekben, kompatk modellezés kétfázisú áramlásoknál, droplet manipuláció, EWOD
12. Lab-on-a-Chip eszközök: Point-of-Care. LoC platformok és PoC koncepció: esettanulmányok. Minta felhasználás, mintakezelés, átbocsájtás, érzékenység, felbontás.
13. Fizikai módszerek: válogatási és számolási problémák: hidrodinamikai fókuszálás, optikai számlálási módszerek, szóródási hisztogramábrák, fluoreszkáló cellák válogatása, impedancia módszerek, Coulter számláló.
14. Bioszenzorok LoC eszközökben: fizikai, elektrokémiai, elektromos, és optikai módszerek. DNS manipulációs technikák: adattárolás DNS-ekben, polimeráz láncreakciók (PCR), következő generációs szekvenálás (NGS)

Laboratóriumi/tantermi gyakorlatok témái:

1. A tokon belül - Integrált elektronika, szenzorok és MEMS-ek vizsgálata (laboratóriumi demonstráció)
2. Tisztatéri látogatás. Darabolás, chipkötés és tokozás (laboratóriumi demonstráció)
3. Félvezetőtechnológia a sorozatgyártásban (videóvetítés és beszélgetés)
4. Számítógépes gyakorlat I.: heatuator MEMS működése, szimulációja és karakterizálása.
5. Számítógépes gyakorlat II.: MEMS-ek modellezése: kompakt modellezés, redukált rendű modellezés, multidomén modellezés
6. Alapvető mikrofluidikai effektusok (laboratóriumi demonstráció)
7. Alapvető BioMEMS effektusok (laboratóriumi demonstráció)

heti 2 óra előadás és (átlag) 1 óra  (számítógép) laboratóriumban tartott gyakorlat

A félév során 1 db. nagyzárthelyit íratunk a 9. héten. Az aláírás megszerzéséhez ennek legalább elégséges szintű teljesítése szükséges. 

A vizsgaidőszakban: írásbeli és szóbeli vizsga

A tárgyból elővizsgát tartunk a félévközi zárthelyin jó illetve jeles érdemjegyet elérteknek.

A ZH a szorgalmi időszakban egyszer pótolható. Pót-pót ZH főszabály szerint nincs

Kötelező tananyag:

-        Az előadók által rendszeresen frissített elektronikus anyagok alapján.

Kitekintés:

-        G. S. May, S. M. Sze: “Fundamentals of Semiconductor Fabrication”, Wiley, 2003. ISBN: 0-471-23279-3

-        J. S. Wilson: “Sensor Technology Handbook”, Elsevier-Newnes, 2005. ISBN: 0-7506-7729-5

-        D. K. Schröder: “Semiconductor Material and Device Characterization”, Wiley-Interscience, 2006. ISBN: 978-0-471-73906-7

-        S. M. Sze, Kwok K. Ng: “Physics of Semiconductor Devices”, Wiley-Interscience, 2007

-        M. Gad-el-Hak: “MEMS Design and Fabrication”, CRC Press, 2006. ISBN: 978-0-8493-9138-5

-        R. R. Tummala: “System on Package: Miniaturization of the Entire System”, McGraw-Hill, 2008. ISBN: 9780071459068

-        H. Geng: “Semiconductor Manufacturing Handbook”, McGraw-Hill, 2004.

-        J. A. Kubby: ”A Guide to Hands-on MEMS Design and Prototyping”, Cambridge University Press, 2011. ISBN 978-0-521-88925-4

-        Brand, Fedder, Hierold, Korvink, Tabata: “System-level Modeling of MEMS”, Wiley-VCH, 2013. ISBN 978-3-527-31903-9

-        H.-H. Lee: “Finite Element Simulations with ANSYS Workbench 15”, SDC Publications, 2014. ISBN: 978-1585039074

-        S. D. Senturia: “Microsystem Design”, Kluwer Academic Publishers, 2001. ISBN: 0-7923-7246-8

-        M. W. Collins, C. S. Konig: “Micro and Nano Flow Systems for Bioanalysis”, Springer New York, 2012.

-        D. Issadore, R. M. Westervelt: “Point-of-Care Diagnostics on a Chip”, Springer New York, 2013.

-        G. Evtugyn: “Biosensors: Essentials”, Springer New York, 2014.