Detail předmětu

Mikrosenzory a mikroelektromechanické systémy

FEKT-BPC-MMSAk. rok: 2022/2023

Úvod do problematiky mikrosenzorů, základních pojmů a parametrů, a mikroelektromechanických systémů (MEMS). Základy mikroelektronických technologií a MEMS technologie. Základy jevů v materiálech včetně polovodičů a jejich využití v senzorice. Odporové, kapacitní a indukčnostní microsenzory včetmě MEMS řešení (polohy, tlaku, teploty, zrychlení, ...) . Magnetoelektrické senzory a Hallovy sondy. Generátorové senzory na termoelektrickém, piezoelektrickém a indukčním principu. Optické senzory a senzory se CCD prvky. Generátorové senzory světelného záření. Chemické senzory a biosenzory (vodivostní, pH senzory, lambda sonda, enzymové senzory, ...). Nové trendy v mikrosenzorice a v MEMS.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. Ing. Jaromír Hubálek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- vysvětlit základní vlastnosti senzorů
- vysvětlit rozdíl mezi senzorem a převodníkem veličin
- vysvětlit principy mikroelektromechanických systémů,
- popsat základní principy převodů neelektrických veličin
- pospat technologie pro vytváření mikrosenzorů
- vysvětlit rozdíl mezi fyzikálním, chemickým senzorem a biosenzorem

Prerekvizity

Student, který si zapíše předmět, by měl být schopen vysvětlik fyzikální principy z osnov fyziky střední školy. Měl by znát ohmův zákon, vypočítat kapacitu kondenzátoru, znát rozdíl mezí vlastním a nevlastním polovodičem, polovodičem typu P a N, diskutovat o rozdílu mezi bipolárním a unipolárním tranzistorem, funkcí diody a vědět základní rozdělení energetických pásem elektromagnetického vlnění. Obecně jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.
Zahrující:
přednášky formou technického semináře;
samostatná laboratorní cvičení včetně přípravy a vypracování protokolů;
využití LMS Moodle, praktické ukázky a návštěva výzkumné laboratoře LABSENSNANO.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu. Informace jsou uvedeny ve zkušebních pravidlech na webových stránkách předmětu.

Osnovy výuky

1. Úvod do problematiky senzorové techniky
2. Základy mikroelektronických technologií
3. Mikroelektromechanické systémy (MEMS)
4. Odporové senzory
5. Kapacitní senzory
6. Indukčnostní senzory
7. Generátorové senzory
8. Polovodičové senzory
9. Optické Senzory
10. Speciální senzory
11. Chemické senzory a biosenzory

Učební cíle

Cílem kurzu je seznámit posluchače s teorií, principy a konstrukcí mikrosenzorů a mikroelektromechanických systémů (MEMS). Hlavním úkolem kurzu je poskytnutí znalosti pro jejich návrh a optimální využití.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

HUBÁLEK, J.; DRBOHLAVOVÁ, J.; PRÁŠEK, J.; BUŠINOVÁ, P.; BENDOVÁ, M. Mikrosenzory a mikroelektromechanické systémy. Brno: 2012. (CS)
HUBÁLEK, J.; PRÁŠEK, J.; PEKÁRKOVÁ, J; BENDOVÁ, M.; DRBOHLAVOVÁ, J.; MAJZLÍKOVÁ, P. Microsensors and Microelectromechanical Systems. Brno: 2015. (EN)

Doporučená literatura

Czichos Horst; Measurement, Testing and Sensor Technology: Fundamentals and Application to Materials and Technical Systems. Springer International Publishing AG, 2018, ISBN 9783319763842 (EN)
Julian W. Gardner; Microsensors : Principles and Applications. John Wiley & Sons Inc., 2020, ISBN 0470850434 (EN)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-EKT bakalářský 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program BPC-MET bakalářský 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program BPC-SEE bakalářský 0 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jaromír Hubálek, Ph.D.

Osnova

Úvod do problematiky mikrosenzorů a mikromechanických systémů. Obecné vlastnosti, obecné rozdělení senzorů, charakteristiky senzorů.
Základy mikroelektronických technologií. Rozdělení mikroelektronických technologií, technologie tenkých vrstev, technologie tlustých vrstev, základy polovodičových technologií.
Základy jevů v polovodičích a jejich využití v senzorice.
Odporové senzory. Obecné vlastnosti, náhradní elektrické schéma, rozdělení odporových senzorů, popis základních odporových mikrosenzorů (tenzometry, termistory, pozistory,...).
Kapacitní senzory. Obecné vlastnosti, náhradní elektrické schéma, rozdělení kapacitních senzorů.
Hallovy senzory. Fyzikální princip, materiály pro Hallovy senzory.
Piezoelektrické senzory. Fyzikální princip funkce, konstrukční zásady a využití.
Senzory s CCD prvky. Fyzikální princip funkce, obecné vlastnosti a využití.
Generátorové senzory světelného záření.
Chemické senzory. Fyzikální princip funkce, obecné vlastnosti a využití. Rozdělení chemických senzorů, popis základních chemických mikrosenzorů (vodivostní, senzory pH, ...).
Speciální druhy senzorů.
Mikromechanické systémy. Obecné vlastnosti a využití, popis výroby.
Nové trendy v mikrosenzorice a v mikromechanických systémech.

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Mgr. Petr Smísitel
Ing. Silvester Vančík

Osnova

Úvodní cvičení. Administrativní a organizační záležitosti. Bezpečnost práce v laboratoři.
Praktické základy mikroelektronických technologií, zadaní samostatných laboratorních projektů
Měření polohy
Měření teploty (odporové).
Měření teploty (termočlánky).
Měření tlaku.
Měření průtoku.
Měření rychlosti a otáček
Měření světelného záření
Měření na chemických senzorech
Speciální snímače
Konzultace k samostatným laboratorním projektům
Volné téma

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz