Мікро сенсори і актюатори
Спеціальність: Мікро- та наносистемна техніка
Код дисципліни: 8.176.00.M.027
Кількість кредитів: 3.00
Кафедра: Напівпровідникова електроніка
Лектор:
доктор технічних наук, професор Лях-Кагуй Наталія Степанівна
Семестр: 4 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає досягнення певних цілей навчання – набуття компетенцій, необхідних для дослідження і розроблення новітніх та використання існуючих технологій, матеріалів та приладів мікро- та наносистемної техніки, їх конструювання, виготовлення, випробовування, експлуатації та модернізації.
Інтегральна компетентність: Здатність розв’язувати складні задачі та проблеми під час професійної діяльності у сфері мікро- та наносистемної техніки або у процесі навчання, що передбачає проведення досліджень та/або здійснення інновацій та характеризується комплексністю та невизначеністю умов і вимог.
Загальні компетентності:
1. Базові знання в галузі мікро- та наносистемної техніки, необхідні для освоєння професійно-орієнтованих дисциплін;
2. Здатність до аналізу та синтезу;
3. Здатність здійснювати пошук та аналізувати інформацію з різних джерел;
4. Потенціал до подальшого навчання.
Спеціальні (фахові) компетентності спеціальності:
Здатність розробляти і реалізовувати наукові та/або інноваційні проекти у сфері мікро- та наносистемної техніки, а також дотичні до неї міждисциплінарні проекти.
Фахові компетентності професійного спрямування:
• Уміння застосовувати та інтегрувати знання і розуміння дисциплін інших інженерних галузей.
• Уміння аргументувати вибір методів розв’язування спеціалізованих задач, критично оцінювати отримані результати та захищати прийняті рішення.
Результати навчання: РН4. Застосовувати спеціалізовані концептуальні знання, що
включають сучасні наукові здобутки, а також критичне осмислення
сучасних проблем у сфері мікро- та наноелектроніки, для розв’язування складних задач професійної діяльності.
РН5. Вільно спілкуватися державною та іноземною мовами усно і
письмово для обговорення професійних проблем і результатів
діяльності у сфері мікро- та наноелектроніки, презентації результатів
досліджень та інноваційних проектів.
РН11. Досліджувати процеси у мікро- та наноелектронних системах,
приладах й компонентах з використанням сучасних
експериментальних методів та обладнання, здійснювати статистичну
обробку та аналіз результатів експериментів.
РН12. Будувати і досліджувати фізичні, математичні і комп’ютерні
моделі об’єктів та процесів мікро- та наноелектроніки.
РН17.1. Досліджувати і розробляти матеріали, технології та мікро- та
наноелектронні прилади та пристрої.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни:
- Фізика напівпровідників та діелектриків
- Наноструктури
- Сучасні методи досліджень реальної структури матеріалів мікро-наносистемної техніки
Супутні і наступні навчальні дисципліни:
- Нанотехнології
- Програмні засоби для мікро-та наносистемної техніки
Короткий зміст навчальної програми: Програма навчальної дисципліни “Мікросенсори та актуатори” укладена для аспірантів інституту телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки, які навчаються за спеціальністю Мікро- та наносистемна техніка.
Розглядаються загальні відомості про МЕМС і МЕОМС та їх елементи мікросенсори та актуатори. Особлива увага акцентується на критеріях якості, що використовують для оцінки роботи таких елементів. Значна увага приділена вивченню матеріалів, конструкцій і технології, що використовуються для виготовлення мікропристроїв, та вмінню розраховувати їх параметри.
Опис: 1.1. Вступ
1.2. Природні сенсори та актуатори живих організмів
1.3. Історична довідка про сенсори та актуатори
2.1. Основні визначення сенсорів та актуаторів
2.2. Типи сенсорів і актуаторів, їх функціональні можливості та характеристики
2.3. Класифікація сенсорів та актуаторів
3.1. Технічні параметри сенсорів та актуаторів
3.2. Передавальна функція
3.3. Імпеданс та узгодження імпедансів
3.4. Робочий діапазон, розмах, повна шкала входу та виходу, роздільна здатність та динамічний діапазон
4.1. Точність, похибки та повторюваність
4.2. Чутливість та аналіз чутливості
4.3. Гістерезис, нелінійність і насичення
4.4. Частотна характеристика, час спрацювання та пропускна здатність
4.5. Калібрування
4.6. Збудження (приведення в робочий стан)
4.7. Мертва зона (зона нечутливості)
4.8. Надійність
5.1. Температурні сенсори, способи вимірювання температури
5.2. Терморезистивні сенсори та актуатори
5.2.1. Терморезистивні сенсори
5.2.2. Кремнієві терморезистивні сенсори
5.3. Термістори
6.1. Термоелектричні сенсори
6.1.1. Напівпровідникові термопари
6.1.2. Термобатареї та термоелектричні генератори
6.2. Температурні сенсори на p-n переходах
6.3.1. Оптичні та акустичні сенсори
6.3.2. Термомеханічні сенсори та актуатори
6.4. Інші температурні сенсори
7.1. Природній оптичний сенсор живих організмів
7.2. Робота оптичних сенсорів
7.3. Ефекти при взаємодії електромагнітного випромінювання з речовиною
7.4. Оптичні сенсори на квантовій основі
7.4.1. Фотопровідні сенсори
7.4.2. Фотодіоди
7.4.3. Фотогальванічні діоди
7.4.4. Фототранзистори
8.1. Оптичні сенсори на основі фотоефекту
8.1.1. Фотоелектричний сенсор
8.1.2. Фотопомножувачі
8.2. Оптичні сенсори та актуатори на основі зарядового зв’язку
8.3.Оптичні сенсори на основі теплових властивостей випромінювання
8.3.1. Пасивні сенсори ІЧ- діапазону (PIR)
8.3.2. Активні сенсори дальнього ІЧ-діапазону (AFIR)
8.4. Оптичні актуатори
Методи та критерії оцінювання: Для діагностики засвоєння знань здобувачем освіти і досягнення програмних результатів навчання використовується два види контролю: поточний і підсумковий. Поточний контроль здійснюється у формі оцінок за різні види аудиторної та самостійної роботи (до 40 балів максимально) активність на семінарських заняттях, якість оформлення презентацій і представлення доповідей (участь у обговоренні питань, у дискусіях тощо). Підсумковий контроль здійснюється у формі екзамену у вигляді тестових завдань (до 40 балів максимально) та під час усного опитування (до 20 балів максимально).
Перед виставленням підсумкової семестрової оцінки на екзамені, яка оцінюється як за письмову компоненту у вигляді тестових завдань, так і за усну відповідь на запитання екзаменатора. Тести складаються із завдань трьох рівнів складності. Екзамен проводиться шляхом автоматизованого тестування засобами ВНС одночасно для усієї групи з однією спробою і оцінюється максимально 40 балів. Тести складаються із завдань трьох рівнів складності: завдань на розпізнавання, розрізнення та класифікацію, правильна відповідь на які передбачає вибір альтернативних відповідей і відповіді з множини варіантів.
Усна компонента відбувається при індивідуальному опитуванні та дозволяє додатково виявити глибину знань аспіранта, його здатність використовувати набуті знання, а також здібності до аналізу, синтезу та комунікації. Максимальна кількість балів, яку студент може отримати за усну відповідь становить 20 балів.
Робота в умовах дистанційного навчання може передбачатися згідно з Наказом Ректора у разі неможливості очного навчання в аудиторіях. При цьому, лекції та окремі види практичних занять можуть проводитися на платформі MS Teams, Zoom або Google Meet.
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль:
- семінарські заняття (40 %)
Підсумковий контроль (екзамен):
- письмова компонента у вигляді тестових завдань (40 %)
- усна компонента - опитування екзаменатора (20 %)
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: Навчально-методичне забезпечення:
1. Віртуальне навчальне середовище Національного університету «Львівська політехніка»
https://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=8676
2. Електронні та друковані підручники.
Рекомендована література:
Базова
1. Мікроелектронні сенсори фізичних величин: в 3 томах / за редакцією З.Ю. Готри. – Львів: Ліга-Прес, 2003. – Т. 2. – 595 с.
2. Автоматизація проектування МЕМС з використанням системи COMSOL : навч. посіб. / В. М. Теслюк, Р. З. Кривий, М. Р. Мельник; М-во освіти і науки України, 2016. – 216 с.
3. Мартиненко, І. С. (2022). Ефекти впливу магнітного поля на властивості і структуру плівкових матеріалів як елементів сенсорів.
4. Побєдаш, К. К., & Святненко, В. А. (2017). Силові напівпровідникові прилади і перетворювачі електричної енергії. навч. посіб. - Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2017. 244 с
5. Кіріченко М.В., Зайцев Р.В., Мінакова К.О. ФІЗИКА НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ПРИЛАДІВ. Навчальний посібник. – Харків: НТУ «ХПІ», 2023. – 179 с.
6. Колесник К. К. Автоматизована технологія розрахунку мікросенсорів пє'зорезистивного типу / К. К. Колесник // Вісник Національного університету «Львівська політехніка». – 2009. – №651: Комп'ютерні системи проектування. Теорія і практика. – С. 213–217.
7. Sensors, Actuators, and their Interfaces. A Multidisciplinary Introduction/ Nathan Ida- University of Akron. Scitech publishing, an imprint of the IET. Edison, NJ scitechpub.com, 2013. – 784 с.
Допоміжна
1. Татарчук, Д. Д., & Коваль, В. М. (2019). Моделювання технологій напівпровідникових матеріалів, приладів та інтегральних мікросхем.
2. Muller, R. S. and K. Y. Lau, “Surface-Micromachined Microoptical Elements and Systems,” in Integrated Sensors, Microactuators, Microsystems (MEMS). – Aug. 1998. – Vol. 86, No. 8.
3. Pister, K. S. J., et al., “Microfabricated Hinges”, Sensors and Actuators. – June 1992. Vol. A33, No3.
4. MOEMS and miniaturized systems. Proc. SPIE. 2000. Vol. 4178. 420 p.
5. Босенко, О. С. (2020). Лазерні мікро-і нанотехнології в електроніці (Сумський державний університет).
Інформаційні ресурси:
Навчально-методичний комплекс з курсу «Мікросенсори та актуатори» у віртуальному навчальному середовищі Національного університету «Львівська політехніка» https://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=8676
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).