Программа 222900.62ФОМНТ

Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Московский институт электроники и математики Национального
исследовательского университета "Высшая школа экономики"
Факультет электроники и телекоммуникаций
Программа дисциплины «Физические основы микро- и наносистемной
техники»
для направления 222900.62 «Нанотехнологии и микросистемной техники»
подготовки бакалавра
Автор программы:
Васильевский В.В. доцент [email protected]
Одобрена на заседании кафедры «Микросистемная техника,
материаловедение и технологии» «_29_»_августа_ 2013 г
Зав. кафедрой Кулагин В.П.
Рекомендована секцией УМС по электронике
Председатель С.У.Увайсов
«___»____________ 20 г
Утверждена УС факультета электроники и телекоммуникаций
«___»_____________20 г.
Ученый секретарь В.П.Симонов
________________ [подпись]
Москва, 2013
Настоящая программа не может быть использована другими
подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедрыразработчика программы.
1. Цели и задачи дисциплины:
Целью преподавания дисциплины является формирование знаний о
компонентах микросистемной техники, физических принципах их
функционирования, конструкциях, базовых и специальных
технологических операциях используемых при создании элементов и
устройств микросистемной техники.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
Дисциплина относится к вариативной части блока технических
дисциплин и является неотъемлемой составной частью образовательной
программы нанотехнологии и микросистемная техника. Одновременно курс
создает предпосылки для более глубокого освоения базовых дисциплин;
физическая химия материалов и процессов электронной техники,
микросхемотехника и др., а также дальнейшего расширения теоретической и
практической подготовки молодых специалистов.
ОК-10
–
Способность
использовать
основные
законы
естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности,
применять методы математического анализа и моделирования,
теоретического и экспериментального исследования.
ПК-1 – Способность представлять адекватную современному уровню
знаний научную картину мира на основе знания основных положений,
законов и методов естественных наук и математики.
ПК-2 – Способность выявлять естественно-научную сущность проблем,
возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их
решения соответствующий физико-математический аппарат.
ПК-6 – Способность собирать, обрабатывать, анализировать и
систематизировать научно-техническую информацию по тематике
исследования, использовать достижения отечественной и зарубежной
науки, техники и технологии.
ПК-14 – Способность выполнять работы по технологической подготовке
производства материалов и изделий электронной техники.
ПК-18 – Способность собирать, анализировать и систематизировать
отечественную и зарубежную научно-техническую информацию по
тематике исследования в области электроники и наноэлектроники.
2
ПК-21 – Готовность анализировать и систематизировать результаты
исследований, представлять материалы в виде научных отчетов,
публикаций, презентаций.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
компетенций:
- готов к работе на современном исследовательском оборудовании
диагностики материалов и компонентов нано- и микросистемной техники
(ПК-13);
- способен выбирать оптимальные технологические процессы, их
последовательности
и
контрольно-измерительные
операции
для
производства материалов и компонентов нано- и микросистемной техники
(ПК-30);
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
 классификацию элементов и устройств микросистемной техники;
 физические принципы и особенности функционирования микросистем;
 физико-технологические ограничения миниатюризации и интеграции;
 материаловедческую базу микросистемной техники;
 принципы организации базовых и специальных технологических
процессов при производстве компонентов микросистемной техники.
Уметь:
 нологклассификацию элементов и устройств микросистемной техники;
 физические принципы и особенности функционирования микросистем;
 физико-технологические ограничения миниатюризации и интеграции;
 материаловедческую базу микросистемной техники;
 принципы организации базовых и специальных техических процессов при
производстве компонентов микросистемной техники.
Владеть:
 навыками работы с отдельными компонентами микросистемной
техники;
 навыками применения компонентов микросистемной техники при
создании технических систем различного функционального
назначения.
3
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
Семестры
Всего
часов
5
Общая трудоемкость дисциплины
152
Аудиторные занятия (всего)
108
-
В том числе:
Лекции
72
72
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
36
Самостоятельная работа (всего)
80
В том числе:
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат
Другие виды самостоятельной работы
Промежуточная аттестация (экзамен ,зачет)
6
6
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ Наименование
Содержание раздела
п/п раздела
дисциплины
1. Введение.
История возникновения и развития элементной базы
микросистемной техники. Классификация компонентов
микросистемной техники по функциональному
назначению и принципу действия. Базовые
конструкции и обобщенное описание компонентов
микросистемной техники.
4
2.
Материалы
микросистем
ной техники.
3.
Компоненты
микросистем
ной техники.
4.
Сенсоры.
Классификация материалов микросистемной техники.
Конструкционные,
функционально-активные
и
адаптивные
материалы.
Критерии
выбора
и
совместимости материалов: кристаллохимическая и
термо-химическая совместимость. Материалы для
механических
конструкций,
электрических
и
оптических
связей.
Функционально-активные
материалы для электростатических, электромагнитных,
пьезоэлектрических,
термоэлектрических
преобразователей, сплавы с памятью формы.
Классический электромеханический и
пьезоэлектрический преобразователи: основное
термодинамическое тождество, описание процессов
возбуждения, трансформации энергии в рабочей
области. Проявление размерных эффектов и эффектов
масштабирования при электростатических и
электромагнитных взаимодействиях, границы
применимости принципа подобия.
Классификация сенсоров: назначение, принципы
преобразования. Характеристики сенсоров: диапазон
измерения, чувствительность, точность, линейность,
селективность.
Погрешности
измерений:
температурный и временной дрейф параметров, шумы.
Микромеханические
сенсоры.
Механические
конструкции: объемные, мембранные, балочные,
струнные. Датчики на основе микромеханических
преобразователей: давления, расхода, пульсаций,
смещения, силы, ускорения. Термоэлектрические
сенсоры. Терморезистивные, термоэлектрические,
термомеханические,
пироэлектрические
преобразователи. Датчики: температуры, потока,
вакуума,
термопары,
анемометры,
болометры,
термисторы. Оптические сенсоры: фоторезисторы,
фотодиоды, фототранзисторы, фотосчетчики. Датчики:
светового потока (энергетические, спектральные),
оптического поглощения, смещения, положения.
Магнитоэлектрические
сенсоры:
индуктивные
преобразователи,
магниторезисторы,
магнитотранзисторы; датчики магнитного поля.
Биохимические
сенсоры:
электрохимические,
5
5.
6.
термокаталитические,
адсорбционные
преобразователи; датчики состава жидкостей и газов;
датчики влажности.
Актюаторы. Микросистемы для преобразования электрической
энергии в механическую: электростатические и
электромагнитные микродвигатели, пьезодвижетели.
оптомеханические микроприводы; зеркала, линзы,
затворы, фильтры; оптопереключатели. Микроприводы
движения на эффекте "памяти формы".Устройства для
микросмещения,
микропозиционирования,
микрозахвата. Микроманипуляторы.
Базовые и
Базовые технологические операции «поверхностной»
специальные микромеханики: избирательное жидкостное и газовое
операции
травление,
комплиментарные
материалы,
микротехноло «жертвенные» слои.
гии.
Базовые технологические операции «объемной»
микромеханики.
Жидкостное
изотропное
и
анизотропное травление, морфолого-топологические
преобразования
на
основе
анизотропии;
электрохимическое травление, получение пористого
кремния, «стоп»-слои, фотоиндуцированное травление.
Ионно-плазменная
технология
объемного
формообразования:
высокопроизводительное
реактивное
ионно-плазменное
травление,
маскирующие
покрытия,
уход
геометрических
размеров.
Лазерные
технологии
объемного
формообразования:
лазерный
послойный
топологически управляемый синтез, лазерная объемная
полимеризация,
стереолитография.
Механические
технологии объемного формообразования: алмазное,
электроэрозионное
и
ультразвуковое
микропрофилирование.
Литографические процессы. Классификация базовых
методов литографии: фото- , рентгено- и
электронолучевая литография. Литографический цикл.
Фотошаблоны. Способы совмещения и
экспонирования. Пространственное разрешение.
Эволюция
процессов
экспонирования:
высокоэффективные
источники
дальнего
6
ультрафиолета, оптическая литография с фазовым
сдвигом,
стереолитография,
электроно-,
рентгенолитография. Литография с использованием
синхротронного излучения. Объемная субмикронная
литография.
Технология трехмерного формообразования с
субмикронным разрешением: базовые процессы LIGAтехнологии,
экспонирование
синхротронным
излучением,
электрохимическое
осаждение,
гальванопластика, микропрессование.
Процессы сборки микросистем.
6. Лабораторный практикум
№
1
2
Наименование лабораторных работ
 Исследование характеристик полупроводниковых датчиков
температуры.
 Исследование характеристик тензорезистивного датчика
давления мембранного типа.
 Исследование характеристик емкостного микроакселерометра.
 Исследование датчиков магнитного поля.
 Исследование характеристик оптического датчика газовых
сред.
 Исследование
характеристик
адсорбционных
металлооксидных датчиков газовых сред.
 Исследование характеристик ионоселективных РН-сенсоров.
 Исследование характеристик микромеханического актюатора
емкостного типа.
 Исследование
характеристик
пьезоэлектрическкого
микроактюатора.
 Исследование микромеханического привода на эффекте
"памяти формы".
 Исследование
характеристик
терморезистивного
"микронагревателя - излучателя"
6.2. Рекомендуемый перечень практических занятий
№
1
Темы практических занятий
 Классификация
и
стандартизация
компонентов
микросистемной техники.
 Сенсоры. Основные характеристики.
 Расчет
базовой
конструкции
тензорезистивного
7
2



3
4


преобразователя.
Расчет базовой конструкции емкостного преобразователя.
Сравнительный анализ сенсоров для измерения температуры.
Сравнительный анализ пьезоэлектрического и емкостного
микроприводов.
Расчет конструкции микроэлектромеханического реле.
Сравнительный анализ мощности и КПД электростатического
и электромагнитного микродвигателей.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. Парфенов С.Д. Технология микросхем М. В.Ш.,1990.
2. Броудай И., Мерей Дж.. Физические основы микротехнологии. М., Мир,
1985.
3. Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых
приборов и интегральных микросхем. М., В.Ш., 1986.
б) дополнительная литература
1. Введение в микромеханику. Онами М., Ивасмидзу С., Гэнка К., Сиодзава
К., Танака К. / Под ред. Онами М. – М.: Мир, 1987.
2. Агеев О.А., Мамиконова В.М., Петров В.В. и др. Микроэлектронные
преобразователи не электрических величин: Учебное пособие. Таганрог: Издво ТРТУ, 2000.
в) программное обеспечение
Компьютерная
программа
моделирования
электростатических
преобразователей;
Компьютерная
программа
моделирования
электромагнитных
преобразователей;
 Компьютерная программа моделирования процесса электрохимического
осаждения металлов;
- Компьютерная программа моделирования процесса термического
окисления кремния;
 Компьютерная программа моделирования процесса ионно-плазменного
травления;
- Компьютерная программа моделирования процесса анизотропного
травления.
Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным
образовательным стандартом высшего профессионального образования по
направлению 222900.62 «Нанотехнологии и микросистемной техники»
подготовки бакалавра
8
9