Detail předmětu

Microsensors and Microelectromechanical Systems

FEKT-MPA-MMSAk. rok: 2024/2025

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

angličtina

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. Ing. Jaromír Hubálek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Vstupní znalosti

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 znalé pro samostatnou činnost“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

 

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu v Moodle. Z laboratorních cvičení může student získat až 20 bodů, z písemné zkoušky 30 bodů a z ústní zkoušky 50 bodů.


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

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit posluchače s teorií, principy a konstrukcí mikrosenzorů a mikroelektromechanických systémů (MEMS). Hlavním úkolem je poskytnutí znalosti pro jejich návrh a optimální využití.
Absolvent předmětu je schopen:
- vysvětlit základní vlastnosti senzorů
- vysvětlit rozdíl mezi senzorem a převodníkem veličin (snímačem)
- vysvětlit principy mikroelektromechanických systémů,
- popsat základní principy převodů neelektrických veličin
- pospat technologie pro vytváření mikrosenzorů
- vysvětlit rozdíl mezi fyzikálním, chemickým senzorem a biosenzorem

Základní literatura

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)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPA-MEL magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program MPAD-MEL magisterský navazující 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

prof. Ing. Jaromír Hubálek, Ph.D.

Osnova

Úvodní cvičení. Administrativní a organizační záležitosti. Bezpečnost práce v laboratoři.
Praktické základy mikroelektronických technologií, zadaní samostatných laboratorních projektů.
Měření polohy.
Měření teploty.
Měření tlaku.
Měření vibrací a náklanu pomocí MEMS.
Měření snímačů světelného záření.
Měření vodivosti a pH.
Měření na chemických látek v roztoku.
Měření plynů.
Speciální snímače.
Konzultace k samostatným laboratorním projektům.
Volné téma.
Zápočtový test.